Акустический уровнемер Советский патент 1990 года по МПК G01F23/296 

Изобретение относится к области измерения расстояния акустическим способом.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и достоверности измерения акустического уровнемера.

Указанная цель достигается тем, что акустический уровнемер, содержащий триггер формирования строба, выходы которого соединены с первым и вторым входами счетчика, третий вход которого соединен с выходом частотного датчика температуры, и автоциркуляционный измерительный канал, содержащий последовательно соединенные приемник акустических колебаний, усилитель и компаратор и стробируемый компаратор, одновибратор, блок возбуждения и излучатель, а также источник опорного напряжения, первая шина которого подключена к второму входу компаратора, а вторая шина - к второму входу соединенного первым входом с первым выходом компаратора стробируемого компаратора, выход одновибратора подключен к входу триггера формирования строба, дополнительно снабжен управляемым блоком задержки, вход которого подключен к выходу компаратора, выход - к стробирующему входу стробируемого компаратора, а управляющий вход - к выходу одновибратора и входу блока возбуждения, при этом управляемый блок задержки содержит последовательную цепь из триггера, параллельно соединенных резистора и диода и элемента ИЛИ, между первым входом которого и второй шиной источника опорного напряжения включен конденсатор, и последовательную цепь из одновибраторз и элемента И, вход которой соединен с первыми входами триггера и управляемого блока задержки, а выход - с выходом управляемого блока задержки, второй вход элемента И связан с выходом триггера, второй вход элемента ИЛИ - с управляющим входом управляемого блока задержки, а выход - с вторым входом триггера, третий вход которого подключен к первой шине источника напряжения, вторая шина которого соединена с второй шиной источника опорного напряжения.

В предлагаемом акустическом уровнемере достигается повышение помехоустой- чивости путем введения в автоциркуляционный измерительный канал дополнительного ФВЧ, образующего с имеющимся ФНЧ полосовой фильтр с идеальной (прямоугольной) частотиой характеристикой, причем полоса пропускания фильтра автоматически регулируется (сужается), что допол нител ьно повы шает до- стоверность измерения.

На фиг. 1 представлена структурная схема акустического уровнемера; на фиг. 2 - схема управляемого блока задержки: на фиг. 3 - временная диаграмма работы уров- немера.

Акустический уровнемер (фиг. 1) содержит автоциркуляционный измерительный канал 1, подключенный к входу триггера 2 формирования строба, первый 3.1 и второй

0 3,2 выходы которого соединены соответственно с первым 4.1 и вторым 4.2 входами счетчика 5, третий вход 6 которого подключен к выходу частотного датчика 7 температуры. Автоциркуляционный измерительный

5 канал 1 выполнен в виде излучателя 8 и приемника 9 акустических колебаний, установленных в измерительной трубе 10 и включенных в схему автоциркуляцми с усилителем 11, корипаратором 12, соединенным

0 вторым входом с первой шиной 13 источника 14 опорного напряжения, управляемым блоком 15 задержки, управляющий вход которого подключен к выходу автоциркуляци- онного измерительного канала 1,

5 стробируемым компаратором 16, первый вход которого связан с входом компаратора 12 и выходом усилителя 11. а второй вход - с второй шиной источника 14 опорного напряжения, одновибратором 17, выход кото0 рого подключенквыходу

автоциркуляцмонного измерительного канала 1, и блоком 18 возбужден1 я. Управляемый блок 15 задержки (фиг. 2) выполнен в вмде связей между одновибратором 19,

5 триггером 20, элеиментом И 21, элементом ИЛИ 22, конденсатором 23, резистором 24, диодом 25 и первой 26 и второй 27 шинами источника питания.

Уровнемер работает следующим обра0 зом.

При включении питания блок 18 возбуждения, выполненный, например, в виде синхронизируемого автогенератора, возбуждает с помощью излучателя 8 зондм5 рующий акустический импульс в измерительной трубе 10 (волноводе), который, отразившись от поверхности жидкости, достигает входа приемника 9 и воспринимается им. Последний преобразует акустический

0 импульс в электрический, а усилитель 11 усиливает его.

Усиленный импульс 28 (фиг. 3) поступает на первый вход компаратора 12 и при достижении уровня 29 источника 14 опорно5 го напряжения вызывает срабатывание компаратора 12. По фронту импульса 30 с выхода последнего срабатывает блок 15 задержки, максимальное время задержки заднего фронта импульса 30 Тз . которого определяется длительностью импульса 30

Тз1, формируумого одновибратором. собранным на триггере 20, конденсаторе 23, резисторе 24 и диоде 25. Время задержки переднего фронта импульса 30 Тзп определяется длительностью Тз2 одновибратора 19. Таким образом, импульс 30 может быть как расширен, так и сужен в зависимости от требуемой полосы Д1 пропускания автоциркуляционного измерительного канала 1. При этом

2( Гз1+Тзк1 2 СТз2+Тзк)

где Тзк - время задержки срабатывания компаратора 12 по отношению к началу (моменту появления)сигнала 28, с.

Измеренный блоком 15 по длительности и времени поступления выходной импульс компаратора 12 (позиция 33, фиг. 3) является стробирующим для компаратора 16 и последний осуществляет таким образом в соответствии с выражением (1) фильтрацию сигнала по частотному признаку, реализуя функцию полосового фильтра с идеальной (прямоугольной) частотной характеристикой.

Кроме того, выходной импульс 33 блока 16 задержки автоматически укорачивается сигналом с выхода одновибратора 17, т. е. сразу после приемэ сигнала, что исключает возможность воздействия следующих непосредственно за сигналом помех, т. е. повышает достоверность результата измерения.

При достижении входным сигналом 28 уровня нуля срабатываетстробирующий компаратор 16 формирует импульс 34, по которому взводится одновибратор 17 и синхронизируется генератор 18, возбуждая вновь с помощью излучателя 8 зондирующий акустический импульс в волноводе 10, т.е. процесс повторяется и наступает режим автоциркуляции зондирующего импульса.

Выходной сигнал 35 одновибратора 17 поступает также на счетный вход триггера 2

формирования строба, вырабатывающего старт-стопные сигналы 30.1 и 36.2 для счетчика 5. Промежуток времени между сигналами Старт 36.1 (с выхода 3.1) и Стоп 36.2

(с выхода 3.2) заполняется импульсами высокой частоты (не показаны), поступающими с выхода частотного датчика 7 температуры на вход 6 счетчика 5. Это позволяет зарегистрировать счетчиком 5 длительность периода автоциркуляции Тзц зондирующего импульса, соответствующего расстоянию до уровня жидкости с одновременной компенсацией температурной погрешности измерения.

Ф о р м у л а и 3 о б р ете и и я

Акустический уровнемер, содержащий триггер, счетчик, частотный датчик температуры, излучатель и приемник акустических колебаний, измерительную трубу, усилитель, первый компаратор, источник опорного напряжения, блок задержки, второй компаратор, одновибратор, блок возбужде-. ния и источник напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения

помехоустойчивости и достоверности измерений, блок задержки состоит из одновибратора, элемента И, D-триггера, элемента ИЛИ, цепочки из резистора, диода и конденсатора, при этом вход одновибратора блока

задержки и первый вход триггера подключе- ны к выходу первого компаратора, а выходы одновибратора блока задержки и триггера соединены с первым и вторым входами элемента И соответственно, выход которого соединен с входом второго компаратора, выход триггера подключен также к первым выводам параллельно соединенных резистора и диода, второй вывод которых соединен с первым входом элемента ИЛИ,

конденсатор с источником опорного напряжения, второй вход элемента ИЛ И соединен с выходом одновибратора, а выход - с вторым входом триггера, третий вход которого соединен с источником напряжения.

ПГ

П

Изобретение относится к измерению уровня акустическими методами. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и достоверности измерений акустического уровнемера. При включении питания блок 18 возбуждения возбуждает с помощью излучателя 8 зондирующий акустический импульс, который, отразившись от поверхности жидкости, достигает входа приемника 9. Последний преобразует акустический импульс в электрический. Усиленный импульс выхода приемника 9 поступает на вход компаратора 12, и при достижении уровня источника 14 опорного напряжения срабатывает компаратор 12. Измененный блоком 15 по длительности и времени поступления выходной импульс компаратора 12 является стробирующим для компаратора 16, и последний осуществляет фильтрацию сигнала по частоте, реализуя функцию полосового фильтра. Кроме того, выходной импульс блока 15 укорачивается сигналом с выхода одновибратора 17, что исключает возможность воздействия следующих непосредственно за сигналом помех. При достижении входным сигналом уровня нуля срабатывает компаратор 16, по которому срабатывает одновибратор 17 и синхронизируется блок 18, возбуждая вновь с помощью излучателя 8 зондирующей импульс. Выходной сигнал поступает также на триггер 2 и счетчик 5. 3 ил.