Цифровой оптический уровнемер Советский патент 1991 года по МПК G01F23/22 

единены в соответствии с весом младшего значащего разряда в двоичном коде датчика. В уровнемер введены второй демуль- типлексор 9, m триггеров 12.1, 12.2 ... с установочными входами и m триггеров 14.1, 14.2 ... задержки, m логических элементов И 10.1, 10.2 .... (т-1) логических элементов

ИЛИ 11.1, 11.2 ... и кодопреобразователь 13 m-разрядного кода в (т-1)-разрядный. При измерении уровня жидкости устройство проводит опрос датчиков по итеррацион- ной схеме. Цикл измерения осуществляется за (N+1) такт, где 2N - число уровней дискретности. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение быстродействия. Цифровой оптический уровнемер содержит генератор 1 тактовых импульсов, первый демультиплек- сор 2. п излучателей 3.1, 3.2 .... m приемников света 5.1, 5 2 .... блок nxm датчиков 4 с передающими и приемными световодами, блок 7 задержки и регистр 6 памяти, причем передающие световоды объединены в группы, объединяющие световоды датчиков, находящихся в узлах сигнального графа пирамидальной структуры, а приемные обь1 5 1 Ј k U 43 о ь

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании средств и систем автоматики и контроля для оперативного и коммерческого учета нефтепродуктов, а также в химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Цель изобретения - повышение быстродействия устройства.

На фиг.1 приведена схема цифрового оптического уровнемера; на фиг.2 - схема объединения передающих и приемных световодов в группы.

Цифровой оптический уровнемер включает генератор 1 импульсов, первый демуль- типлексор 2 на п выходов, излучатели 3.1, 3.2, ..., З.п, которые снабжены усилителями тока возбуждения, блок датчиков 4 уровня, причем датчики, могут быть выполнены в виде крутого изгиба световода, работающего на эффекте полного внутреннего отражения, приемники 5.1, 5.2 5.гл света с

нормирующими усилителями сигнала, регистр б памяти, блок 7 задержки, имеющий m каналов, счетчик 8 импульсов, второй де мультиплексор 9 на (т+1) выходов, логические элементы И 10.1, 10.2 10.т,

логические элементы ИЛИ 11.1, 11.2

Выход генератора 1 подключен к информационному входу первого демультип- лексора 2, подключены также излучатели

демультиплекс.орэ 9 подключены к соответствующим выходам счетчика 8 импульсов. Выходы триггеров 12.1, 12.212.m с установочными входами через кодопреобразователь 13 подключены к адресным входам первого демультиплексора 2. Установочные входы (в единичное состояние) триггеров 12.1, 12.2 12.m объединены с соответствующими входами блока 7 задержки, который имеет m каналов, и подключены к соответствующим выходам второго демультиплексора 9.

Выход логического элемента 10.1 соединен с входом сброса в нулевое состояние триггера 12.1 непосредственно, а выходы оставшихся логических элементов И 10.2,

соответствующих триггеров 12.1 , 12.2

Информационные входы триггеров

выходам соответствующих приемников 5.1, 5.2, ..., 5.т света. Тактовые входы каждого

из триггеров 14.1, 14.2,..,, 14.гп подключены к соответствующим выходам блока 7 задержки, а выходы триггеров 14.1, 14.2 14.m - к

вторым выходам соответствующих логических элементов И 10.1,10.210.т. Информационные входы регистра 6 памяти подключены v выходам соответствующих триггеров 12.1,12.2 12.тс установочными входами. Причем тактовый вход регистра 6 памяти подключен к последнему (т+1) входу второго демультиплексора 9.

Передающие световоды блока датчиков 4 объединены в группы таким образом, что в одну группу входят световоды, находящиеся в узлах, связанных нисходящими (или

восходящими) ветвями сигнального графа пирамидальной структуры. Как показано на фиг.2 в одну группу входят световоды имеющие двоичные номера 1...0000, 0...1000, 0...0100. 0...0010 и 0...0001. другзя группа

образована передающими световодами с номерами 0...0101 и 0...0110, третья состоит из световодов 0... 1001. 01...1010 и 0...1100 и т.д. Некоторые световоды составляют группы, включающие только один элемент (например 0...0011, 0...0111). Это обусловлено тем, что в сигнальном графе пирамидальной структуры они связаны только с одним элементом нисходящей ветвью. При использовании восходящих ветвей сигнального графа пирамидальной структуры образуются группы из световодов с другими номерами датчиков. Применение для образования групп восходящих или нисходящих ветвей сигнального графа непринципиально, так как при этом изменяется внутренняя структура только одного блока - второго демуль- типлексора 2.

Приемные световоды блока датчиков 4 объединены в группы так, что в одну руппу входят световоды, имеющий одинаковый вес младшего значащею разряда в двоичном номере датчика (фиг 2). В первую группу приемных световодов входит {фиг 2) только один центральный световод, имеющий двоичный номер 1..0000 Во вторую группу попадают уже два приемных световода с номерами 01 000 11 .000 В предпоследней (гл-1) группе - световоды имеющие двоичные номера 1 1110, 1. .1010, 1. 0110, 1. 0010, 0 11100 1010, 0.. 0110 и 0 . 0010 Р последней гл-ной труп пе оказываются приемные световоды с нечетными номерам / При этом одновременно обеспечивается некоторое упрощение on т и ческой части уровнемера, так как в переда ющей части требуется в два рача меньше излучателей, чем число контролируемых уровней дискретности, а число приемников света определяется только числом двоим ных разрядов в схеме уровнемера

Цифровой оптический уровнемер работает следующим образам

Электрические импупьг ,i, сформированные генератором 1, с периодом следова- ния Т0 поступают на счетный вход двоичного счетчика 8, информационные входы первого демультиплексора 2 и второго демультиплексора 9 На выходах счетчика 8 формируется двоичный код значение которого изменяется с периодом То в пределах от нуля до к. Второй демультиплексор 9 распределяет импульсы, поступающие на его информационный вход, поочередно на (тН) выходов согласно двоичному коду, поступающему на его адресные входы. При этом нулевому состоянию счетчика 8 соответствует первый подключенный выход демультиплексора 9. Дал°е после поступления первого импульса в счетчик 8 будет подключен второй выход демультиплексора 9 и т.д.

При включении питания счетчик 8 устанавливается в исходное (нулевое) состояние. В исходном состоянии в счетчике 8

записана нулевая комбинация и поэтому второй демультиплексор 9 подключен своим первым выходом. При этом первый импульс поступает на установочный вход триггера

Оставшиеся триггеры 12.2, 12.3 12.m

этим же импульсом сбрасываются в нулевое состояние. Таким образом, на выходах этих триггеров сформирована комбинация

0 10.. 0000, соответствующая номеру цент рального (среднего) датчика из блока 5 дат- чиков. Этот m-разоядный код преобразуется в (т 1)-рэзрядный кодопреобразователем 13.

5Код с выхода кодопреобразователя 13

поступает на адресные входы первого де- мультиплексора 2, который подключает один из излучателей 3.1, 32, , 3 п В излучателях электрические импульсы преобра0 эуются в оптические, которые через датчики Ьлока 4 могут проходить на приемники 5 свега Датчики блока 4 пропускают оптические импульгы, если находятся в опорной среде (например, в воздухе), и не пропуска5 ют, если находятся в жидкости, уровень которой изменяется В приемниках 5 света оптичоскго импульсы преобразуются в элрчтрмчогкие которые гпступяют на триггеры 14 1, . 1 2 , 14 m задержки В данном

0 тэме импульс должен поступить на информационный пход триггера 14 1 издержки че- ррз приемник 5.1 СРРТЭ

Через пппмехуток времени г, равный времени за/юр ки, вносимой одним из ка5 налоо блока 7 задержки импульс с пеового выхода второго демультиплексора 9 поступает на тактопыи вход триггера 14.1 задержки Если уровень жидкости ниже уровня, на котором находится опрашиваемый дат0 чик, то триггер 14 1 устанавливается в единичное состояние Блок 7 задержки осуществляет компенсацию времени задержки которая обусловлена задержкой сигнала в аппаратуре и оптическом канале

5 уровнемера Рели же уровень выше уровня, на котором находится датчик, то триггер 14.1 находится в нулевом состоянии.

Отрицательным фронтом (спадом) первого импульса счетчик 8 переводится в сле0 дующее состояние. При этом на его s ыходах формируется комбинация 00...01, которая поступает на адресные входы второго демультиплексора 9. При этом информационный вход демультиплексора 9 оказывается

5 подключенным к его второму выходу.

При поступлении второго импульса триггер 12.2 устанавливается в единичное состояние. Состояние триггера 12.1 определяется потенциалом на выходе триггера 14.1. Если триггер 14.1 находится в единицном состоянии (уровень жидкости ниже уровни центрального датчика блока 4 датчиков), то триггер 12.1 переходит в нулевое состояние. Если же триггер 14.1 находится в нулевом состоянии, то состояние триггера 12.1 не меняется и он остается в единичном состоянии. При этом на выходах триггеров 12.1, 12.2 12.m будет сформирована комбинация 01...000 (уровень жидкости ниже центрального датчика), либо 11...000 (уровень жидкости выше иг игрального датчика).

Кодовая комбинация, сформированная на выходе триггеров 12.1, 12.212.т, поступает на кодопреобразователь 13 и далее на адресные входы демультиплексора 2, который в соответствии с полученным кодом подключает соответствующий излучатель 3.1.3.23.п. Оптический импульс, сформированный излучателем, поступает через соответствующий датчик блока 4, имеющий двоичный номер 01...000 либо 11. ..000. и фиксируется триггером 14.2 по сигналу, поступающему на его тактовый вход от второго канала блока 7 задержки.

Такой процесс продолжается m тактов. В такте m положительным фронтом импульса от генератора 1 через второй демультил- лексор 9 осуществляются установка триггера 12.т в единичное состояние и определение значения последнего разряда, характеризующего уровень контролируемой жидкости. Через промежуток т триггер 14.m фиксирует наличие или отсутствие импульсе от последнего датчика блока 4 датчиков. Отрицательным фронтом этого же импудьса счетчик 8 переходит в состояние, которое характеризуетс.я комбинацией 11...11. Второй демультиплексор 9 подключает свой информационный вход к (т+1) выходу.

В последнем (т+1) такте цикла положительным фронтом импульса осуществляется правильность установки единичного состояния триггера 12.m и в случае необходимости триггер 12.т переводится в нулевое состояние. Код, соответствующий уровню жидкости, теперь находится в триггерах 12.1,12.212.т.

Отрицательным фронтом (т+1) импульса осуществляется запись результата измерения в регистр 6 памяти, счетчик 8 переводится в нулевое состояние, демультиплексор 9 подключает свой информационный вход к первому выходу.

При поступлении очередного импульса от генератора начинается новый цикл измерения уровня контролируемой жидкости,

Формула изобретения

Цифровой оптический уровнемер, содержащий генератор импульсов, выходом

соединенный с информационным входом первого демультиплексора, к выходам которого подключены п излучателей света, а также содержащего m приемников света, блок датчиков уровня, выполненных в виде последовательно соединенных передающего световода, чувствительного элемента и приемного световода, причем передающие и приемные световоды объединены в группы и подключены к п излучателям и m приемникам света соответственно, блок задержки, регистр памяти и счетчик импульсов, входом подключенный к генератору импульсов, о т- личающийся тем, что. с целью повышения быстродействия, передающие световоды объединены в группы, в каждую из которых входят световоды датчиков, находящихся в узлах, связанных нисходящими или восходящими ветвями сигнального графа пирамидальной структуры, приемные

световоды датчиков объединены в группы, в каждую из которых входят световоды датчиков, имеющих одинаковый вес младшего значащего разряда в двоичном номере датчика, а также введены второй демультиплексор, информационный вход которого подключен к выходу генератора импульсов, адресные входы - к соответствующим выходам счетчика импульсов, m триггеров с установленными входами, выходы которых

через кодопреобразователь подключены к адресным входам первого демультиплексора, установочные входы этих триггеров объединены с соответствующими входами блока задержки, который имеет m каналов.

и подключены к соответствующим выходам второго демультиплексора, m логических элементов И, причем выход первого из них соединен непосредственно, а остальных через логические элементы ИЛИ с входами

сброса соответствующих триггеров с установочными входами, при этом вторые входы логических элементов ИЛИ объединены между собой и подключены к первому выходу второго демультиплексора, первые выходы логических элементов И подключены к следующему по номеру выходу второго демультиплексора, m триггеров задержки, информационные, входы которых подключены к выходам соответствующих приемников

света, тактовые входы каждого триггера задержки - к соответствующим выходам блока задержки, а выходы триггеров - к вторым входам соответствующих логических элементов И, а информационные входы регистра памяти подключены к выходам соответствующих триггеров с установочными входами, а тактовый вход регистра-памяти

подключен к (т+1) выходу второго демуль- типлексора.