Цифровой оптический измеритель уровня Советский патент 1991 года по МПК G01F23/22 

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 - упрощение измерителя уровня и повышение его быстродействия.

На чертеже приведена схема цифрового оптического измерителя уровня.

Цифровой оптический измеритель уровня включает генератор 1 импульсов, первый 2, второй 3 и третий 4 демулыиплексоры, первый 5, второй 6 и третий 7 счетчики импульсов, мультиплексор 8, регистр 9 памяти, первый 10 и второй 11 элементы задержки, логические элементы И 12, ИЛИ 13, ЗАПРЕТ 14, триггер 15 с установочными входами, аналого-цифровой преобразователь 16, аналоговый коммутатор 17, одновибраторы 18

и 19, источники 20 света, датчики 21 уровня, приемники 22 света, логические элементы И 23, ИЛИ 24, третий элемент 25 задержки.

Второй выход генератора 1 подключен к единичному входу триггера 15 и через последовательно соединенные первый элемент 10 задержки, логический элемент ЗАПРЕТ 14 и логический элемент ИЛИ 13 соединен со счетным входом третьего счетчика 7 импульсов. При этом инверсный вход логического элемента ЗАПРЕТ 14 подключен к выходу мультиплексора 8. а другие два ахода логического элемента ИЛИ 13 -через одновибраторы 18 и 19 к выходам заема первого 5 и второго б счетчиков.

Первый выход генератора 1 соединен через логический элемент И 12, один из входов которого подключен к выходу триггера 15, с информационным входом второго де- мультиплексора 3, выходы которого подключены к входам вычитания второго 6 и первого 5 счетчиков, входы сложения котодл

с

о

ч N3 VJ О

рых соединены с первым и вторым выходами третьего демультиплексора 4 соответственно, а установочные входы второго 6 и первого 5 счетчиков объединены с входами сброса триггера 15 и третьего счетчика 7 и через второй элемент 11 задержки подключены к выходу готовности аналого-цифрового преобразователя 16 и входу разрешения записи регистра 9 памяти. Информационный вход третьего демультиплексора 4 под- ключей к выходу элемента ЗАПРЕТЕН. Информационный вход аналого-цифрового преобразователя 16 связан с выходом аналогового коммутатора 17,

Информационные выходы аналого-циф- рового преобразователя 16 связаны поразрядно с соответствующими информационными входами регистра 9.

Выход и вход третьего элемента 25 задержки подключены к входу запуска анало- го-цифрового преобразователя 16 и к объединенным между собой первому входу второго элемента ИЛИ 24 и выходу второго элемента И 23, входы которого связан ы с соответствующими выходами третьего счет- чика7. Выходи второй вход второго элемента ИЛИ 24 связаны с информационным входом первого демультиплексора 2 и вторым выходом генератора 1.

Выходы второго счетчика 6 объединены поразрядно с соответствующими информационными входами регистра 9 памяти и под- ключены к адресным входам первого демультиплексора 2, выходы которого связаны с источниками20 света. Адресные вхо- ды мультиплексора 8 и аналогового коммутатора 17 объединены между собой поразрядно и связаны с соответствующими информационными входами регистра 9, а также с соответствующими выходами пер- вого счетчика 5. Информационные входы мультиплексора 8 и аналогового коммутатора 17 объединены между собой поразрядно и подключены к соответствующим приемникам 22 света.

Входы и выходы датчиков 21 связаны с источниками 20 и приемниками 22 света в соответствии со следующей таблицей.

Следовательно, к первому источнику 20.1 света подключены входы датчиков 21с индексами 1. 1. 1,..,, 1. 1, q, 2. 1. 12. 1,пт. 1. 1т, 1,q, т. е. находящиеся в первом столбце. К второму источнику 20.2 подключены входы датчиков 21, находящиеся во втором столбце, и т.д.

Выходы датчиков 21 образуют группы в соответствии со строками исходной матрицы. Следовательно, к первому приемнику 22.1 подключены выходы датчиков 21, индексы которых приведены в первой строке,

к второму приемнику 22.2 света - выходы датчиков 21, имеющих индексы, приведенные во второй строке, и т.д.

Группы датчиков 21, подключенные к одноименным приемникам и источникам света, образуют подгруппы, в которые входят датчики 21, имеющие два одинаковых старших индекса. Например, одну подгруппу образуют датчики 21с индексами 1.1.1, 1.1.21.1.q.

Датчики размещаются вертикально с шагом, равным шагу дискретности, причем вначале размещаются датчики, имеющие индекс, соответствующий первому столбцу, затем - второму, и т.д. вплоть до последнего столбца.

Цифровой оптический измеритель уровня работает следующим образом.

В исходном положении на выходе триггера 15 имеется низкий потенциал и поэтому логический элемент И 12 закрыт, а в счетчиках 5 и 6 записано число, со отв етству- ющее максимально возможному уровню жидкости в контролируемом резервуаре, счетчик 7 находится в нулевом состоянии.

Нулевая комбинация с выхода счетчика 7 поступает на адресные входы второго и третьего демультиплексоров 3 и 4, подключая к их информационным входам счетчик 6. Выходные комбинации, соответствующие числам, записанным в счетчики 5 и 6, поступают на адресные входы демультиплексора 2, мультиплексора 8 и аналогового коммутатора 17. При этом создается канал передачи информации от генератора 1 через демуль- типлексор2, источник 20.1 света, датчики 21 уровня, имеющие индексы 1.1.1 ... 1.1.q, приемник 22.1 света, соответствующий вход мультиплексора 8, который управляет работой логического элемента ЗАПРЕТ 14.

Первый импульс с второго выхода генератора 1 поступает на единичный вход триггера 15, переводя его в единичное состояние и открывая этим логический элемент И 12. Одновременно этот же импульс проходит по рассмотренному каналу передачи на инверсный вход элемента ЗАПРЕТ 14 и на его прямой вход через первый элемент 10 задержки, который осуществляет компенсацию временной задержки, вносимой оптической частью устройства и элементами электронного блока.

Если хотя-бы один из подгруппы датчиков 21 с индексами 1.1.1,..., 1.1.q находится над жидкостью, уровень которой контролируется, то потенциал на выходе элемента ЗАПРЕТ 14 равен нулю, так как он закрыт импульсом с выхода мультиплексора 8. Поэтому импульс от генератора 1 на третий счетчик 7 не проходит и его состояние не изменяется.

Первый импульс с первого выхода генератора 1 через открытый элемент VI 12 и второй демультиплексор 3 постулат на вход вычитания второго счетчика б, уменьшая его содержимое на единицу. При этом происходит подключение источника 20.. света. Так как состояние первого счетчика S не изменяется, то к выходам мультиплексора 8 и аналогового коммутатора 17 подключается тот же приемник 22.1 света. Таким образом, в следующем такте осуществляется опрос подгруппы датчиков 21, имеющих индексы 1.2.1,..., 1.2.q.

Далее процесс уменьшения содержимого счетчика 6 продолжается до тех пор, пока не будет опрошена подгруппа, в которой все датчики 21 находятся ниже уровня жидкости. Тогда импульс от датчиков 21 на инверсный вход элемента ЗАПРЁТ 14 ни поступает и он оказывается в открытом состоянии. Поэтому импульс с первого выхода генератора 1 через первый элемент 10 задержки, открытый элемент ЗАПРЕТ 14, элемент ИЛИ 13 проходит на информационный вход третьего демультиплексора 4 и далее на вход суммирования второго счетчика 6, увеличивая его содержимое на единицу. Отрицательным фронтом этого же импульса увеличивается на единицу содержимое третьего счетчика 7. При этом к информационным входам второго и третьего демуль типлексоров 3 и 4 подключается первый счетчик 5 (его входы вычитания и суммирования, соответственно).

В дальнейшем происходит процесс уменьшения содержимого первого счетчика 5, т.е. к мультиплексору подключаются поочередно датчики 21, в которых изменяется уже средняя индексная часть (1-1).1.1 0-1). 1.Q,

(I-1J.2.1 (i-1).1.q.

Процесс счета в первом счетчике 5 продолжается также до тех пор, пока не будет опрошена подгруппа датчиков 21 с индексами (I - 1). j.1 О - 1).j.q, в которой все

датчики находятся ниже уровня жидкости. При этом содержимое счетчика 5 увеличивается на единицу. Одновременно при этом увеличивается на единицу содержимое счетчика 7 и происходит формирование положительного потенциала на выхода логического элемента И 23, который переводит источник 20.( - 1} в режим непрерывной работы и через логический элемент 25 задержки запускает аналого-цифровой преобразователь 16. Аналого-цифровой преобразователь 16 формирует код, соответствующий количеству засвеченных датчиков 21, имеющих старшие индексы (i - 1), (j - 1), находящиеся выше уровня жидкости.

Поело окончания цикла преобразования аналого-цифровой преобразователь 16 формирует дапульс готовности, по которому осуществляется инфорча иги в регисто 9 из счетчиков 5 и 6 и преобразователя 16 и с зс-держной, вносимой элементом 11 задержки, промззодится установка а исходное по поженив счетчиков 5 - 7, мосле чего измеритель начинает новый цикл работы.

Принудительное изменение состояния счетчика 7 импульсами с выходов заема второго 6 и первого 5 счетчиков через соответствующие одковибрэторы 18 и 19 осуществляется , если уроикч ь жидкости ниже урочищ на котором установлены датчики

21 с мндекгоми т.1.1m.1.q или т п.1,

...,m.n.q,

Формула изобретения

Цифровой оптический измеритель уровня, содержащий генератор импульсов, пер- зь.й демультиплексор, выходами соединенный с источниками света, N датчиков уровни, выполненных в виде последоеательно соединенных передающего световода, чувствительного элемента и приемного световода, примем передающие световоды объединены в гр/пчы и подключены к источникам света в соответствии с их иомэрами согласно столбцам исходной матрицу, а приемные световоды объединены в группы и подключены к приемникам света ъ- соответствии с их номерами в соответствии со строками исходной матрицы, мультиплексор, информационные входы которого подключены к выходам приемников света, адресные зходы мультиплексора объединены поразрядно с соот сетствующими информационными входами регистра памяти и

подключены к соответствующим -выходам первого счетчика импульсов, а адресные входы первого демулыиплексора объединены поразрядно с соответствующими информационными входами peincTpa памяти и

подключены к соответствующим выходам второго счетчика импутьсоз, первый и второй элементы задержки, отличающий- с я тем, что, с целью упрощения устройства и повышения быстродействия, дополнительно введены второй и третий демультип- лексоры, выходы которых подключены соответственно к входам вычитания и входам сложения второго и первого счетчиков импульсов, информационный вход второго

демулыиплексора связан через первый ло- гическии элемент И с первым выходом генератора импульсов и с выходом триггера с установочными входами, единичный вход которого подключен к второму выходу генератора импульсов и через первый элемент

задержки к прямому входу логического элемента ЗАПРЕТ, инверсный вход которого связан с выходами мультиплексора, третий счетчик импульсов, выходы которого соединены с соответствующими адресными входами второго и третьего демультйплексоров, первый и второй одновибраторы, входы ко- (торых подключены к выходам заема первого и второго счетчиков импульсов, а выходы - к первому и второму входам первого логического элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с выходом логического элемента ЗАПРЕТ и информационным входом третьего демультиплексора, а выход первого логического элемента ИЛИ связан со счетным входом третьего счетчика, аналоговый коммутатор, адресные и информационные входы которого объединены с соответствующими адресными и информационными входами мультиплексора, аналого-цифровой преобразователь, информационный вход которого подключен к выходу аналогового коммутатора, информационные выходы - к соответствующим информационным входам регистра памяти, выход готовности - к входу разрешения записи регистра памяти и через второй элемент задержки - к объединенным между собой входам сброса триггера с установочными входами и третьего счетчика импульсов, а также с входами установки в исходное состояние первого и второго счетчиков импульсов, вход запуска аналого-цифрового преобразователя через третий элемент задержки связан с первым входом второго логического элемента ИЛИ и выходом второго логического олемента И, входы которого подключены к выходам третьего счетчика импульсов, второй вход и выход второго логического элемента ИЛИ связаны с вторым выходом генератора импульсов и информационным входом первого демультиплексора

соответственно, причем группы датчиков разделены на подгруппы, количество датчиков в которых равно числу уровней дискретности аналого-цифрового преобразователя.

Изобретение относится к измерив гельной технике и может быть использовано при создании средств и. сметам автоматики и контроля уровня нефте-- продуктов. Целью изобретения является упрощение устройства и повышение его быстродействия При проведении измерений проводится автоматический опрос групп оптических датчиков по схеме, позволяющий опросить 4096 уровней дискретности за 33-34 такта. 1 ил,, 1 табл.