Ультразвуковой уровнемер Советский патент 1993 года по МПК G01F23/28 

| Изобретение относится к измеритель- Ьой технике, в частности к измерителям уровня жидких сред.

Внедрение в промышленное производ-- ство современных технологических процессов требует создания приборов контроля уровня с повышенными метрологическими характеристиками и высокой информационной надежностью.

Техническая сущность изобретения за- ключается в ведении в ультразвуковой уровнемер, содержащий импульсный генератор, подключенный к излучающему ультразвуковому преобразователю и установочному входу первого двоичного счетчика, прием- |ный ультразвуковой преобразователь, вто- рой двоичный счетчик, кварцевый | генератор, второй триггер и первый триггер, I подключенный к регистрирующему блоку, I первого и второго регистра данных, соеди- I ненных с портами входного интерфейса ре- | гистрирующего блока, и мультиплексора, к первому, второму и третьему входам которо- го подключены соответственно выход излучающего и первый и второй выходы приемного ультразвуковых преобразователей, выход мультиплексора соединен со счетным входом первого двоичного счетчика, выход которого подключен к управляющему входу мультиплексора, и входом данных первого триггера, счетный вход которого соединен с выходом кварцевого генератора, подключенным также с счетному входу второго двоичного счетчика, выход которого соединен со входами данных первого и второго регистров данных, ко входам разрешения записи которых подключены соответственно прямой и инверсный выходы первого триггера, при этом установочный вход второго двоичного счетчика соединен с инверсным выходом второго триггера, счетный и установочный входы которого подключены соответственно к прямому выходу первого триггера и выходу управления регистрирующих блока. При этом регистрирующий блок выполнен содержащим микропроцессор, постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство,

ел

с;

00 СА 00 VI О СП

CJ

дешифратор команд управления, входной и выходной интерфейсы, соединенные между собой совмещенной шиной адреса -данных и шиной управления.

В результате введения новых элемен- тов и связей при предложенном выполнении регистрирующего блока в предлагаемом ультразвуковом уровнемере уменьшается время обработки информационного сигнала, вследствие чего исключает- ся динамическая погрешность измерения.

В предлагаемом ультразвуковом уровнемере создана возможность получения за один такт измерения (по одному зондирующему импульсу) информации о времени 337 держки. зондирующего импульса в опорном и измерительном каналах приемного ультразвукового преобразователя и одновременно с этим информации о длительности зондирующего импульса (Тс), которая необ- ходима для определения середины зонди- рующего импульса и уменьшения погрешности 53ап, зависящей от величины Тс (как в прототипе). Причем если в прототипе для обеспечения минимального значения 5зап требуется время обработки сигнала. равное пяти периодам повторения зондирующего импульса, то в предлагаемом устройстве обработка сигнала происходит за один такт.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого ультразвукового уровнемера; на фиг.2 - временные диаграммы его работы.

Ультразвуковой уровнемер содержит импульсный генератор 1, излучающий ультразвуковой преобразователь 2, приемный ультразвуковой преобразователь 3, первый двоичный счетчик 4, первый триггер 5, кварцевый генератор 6. второй триггер 7, второй двоичный счетчик 8, регистрирующий блок 9 и введенные мультиплексор 10, первый регистр данных 11 и второй регистр данных 12.

Регистрирующий блок 9 содержит мик- ропроцессор 13, постоянное запоминающее устройство 14, оперативное запоминающее устройство 15, дешифратор команд управления 16, входной интерфейс 17, выходной интерфейс 18, которые связа- ны между собой совмещенной шиной адреса данных (ШДА) и шиной управления (ШУ). Импульсный генератор выходом соединен с излучающим ультразвуковым преобразователем 2 и установочным входом R первого двоичного счетчика 4. Выход излучающего ультразвукового преобразователя 2 и первый и второй выходы приемного ультразвукового преобразователя 3 соединены

соответственно с первым, вторым и третьим входами мультиплексора 10., выход которого соединен со счетным входом С первого двоичного счетчика 4 и входом данных D первого триггера 5. Выход данных счетчика 4 соединяются с входом управления мультиплексора. Прямой выход Q первого триггера 5 соединяется с входом прерывания RST регистрирующего блока 9, счетным входом С второго триггера 7 и выходом разрешения записи СЕ первого регистра данный 11. Инверсный выход Q первого триггера 5 соединяется с входом разрешения записи СЕ второго регистра данных 12. Выход кварцевого генератора 6 соединяется со счетными входами С первого триггера 5 и второго двоичного счетчика 8, установочный вход R торого соединен с инверсным выходом Q второго триггера 7, Выход второго двоичного кода 8 соединяется со входами данных первого и второго регистров данных 11 и 12. Выход первого регистра данных 11 соединя-. ются с портом В, а выход второго регистра данных 12 соединяются с портом А входного интерфейса 17 регистрирующего блока 9. Выход Е дешифратора команд 16 регистрирующего блока 9 соединяется с установочным входом R второго триггера 7.

Излучающий ультразвуковой преобразователь 2 акустически связан с приемным ультразвуковым преобразователем 3. Ультразвуковой импульс, излучаемый преобразователем 2, распространяется по звуководу датчика (на чертеже не показан), представляющего собой магнитострикци- онную линию задержки с приемным ультразвуковым преобразователем 9, состоящим из измерительного и опорного каналов. .Постоянный магнит измерительного канала преобразователя 3 располагается на поплавке, а опорного канала - на конце датчика. При прохождении ультразвукового импульса в месте расположения поплавка в приемном преобразователе 3 за счет обратного магнитострикционного эффекта формируется задержанный импульс измерительного канала, а при прохождении в месте расположения постоянного магнита на конце датчика - формируется импульс опорного канала.

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства микропроцессор 13 по программе, записанной в постоянном запоминающем устройстве 14, формирует в дешифраторе команд управления 16 сигнал обнуления Е второго тр иггера 7, устанавливающий на его выходе Q единичный уровень,который поступает на вход R второго двоичного счетчика 8 (эпюра 6),

запрещающий его работу. Первый счетный импульс, поступающий с выхода кварцевого генератора 6 на счетный вход С первого триггера 5 устанавливает на его прямом выходе Q нулевой уровень, т.к. на его входе D отсутствует сигнал. На выходах первого 11 я второго 12 регистров устанавливаются ну- певые коды..

Далее процессор переходит в режим эжидания прерывания.

Импульсный генератор 1 вырабатывает идео импульс (эпюра 1), который обнуляет первый двоичный счетчик 4 и возбуждает 1злучающий ультразвуковой преобразова- ель 2, на выходе которого формируется уль- развуковой зондирующий импульс FI. При эаспространении ультразвукового импуль- а F 1 по звуководу датчика при достижении юстоянного магнита измерительного кана- а приемного ультразвукового преобразо- }ателя 3 формируется задержанный 1мпульс F 2 (эпюра 3), а при прохождении в /1еете расположения постоянного магнита порного канала преобразователя 3 форми- уется импульс Рз (эпюра 4),

После обнуления счетчика 4 импульсом, поступающим с генератора возбуждения 1, на его выходе данных устанавливается ну- /евой код, через мультиплексор 10 разре- иается прохождение зондирующего импульса FL При прохождении импульса F/ «ерез мультиплексор 10 (эпюра 5) он поступает на счетный вход С первого двоичного счетчика 4 и вход данных D первого тригге- f a 5. После этого на выходе счетчика 4 уста- авливается код, разрешающий г рохрждение задержанного ультразвуковр- гэ импульса измерительного канала F. При г оявлении на входе данных D первого триггера 5 переднего фронта импульса FI после поступления первого счетного импульса с кварцевого генератора 6 на его счетный вход С на выходах триггера 5 появляется прямой Q и инверсный сигнал Q. по которому начинается обсчет временных интерва-

)В.

При этом при поступлении сигнала Q с лхода первого триггера 5 на счетный вход второго триггера 7 предварительно установленный на инверсном выходе Q сигна- м управления Е с регистрирующего блока положительный потенциал изменяется на левой (эпюра 6).

рирующего блока 9 микропроцессор 13 переходит на режим обработки прерывания, считывая данные Do с выхода регистра 11 через порт В входного интерфейса 17 и занося эти данные в оперативное запоминающее устройство 15.

При поступлении на вход R второго двоичного счетчика 8 с выхода триггера 7 нулевого уровня счетчик 8 начинает подсчет счетных импульсов (эпюра 7). поступающих на его счетный вход С с выхода кварцевого генератора 6. При окончании импульса FI на инверсном выходе Q триггера 5 формируется положительный скачок напряжения, по которому происходит запись выходных данных D счетчика 8 в регистр 12 (эпюра 9) и снимается запрос на прерывание со входа RST регистрирующего блока 9 поступающий с выхода Q триггера 5.

При снятии запроса прерывания RST первой командой после обслуживания прерывания в постоянном запоминающем устройстве 14 записана команда считывания данных через порт А входного интерфейса 17. на который поступают данные, занесенные в регистр 12.

Данные DI с регистра 12 помещаются в следующую ячейку памяти оперативного запоминающего устройства 15. Далее при поступлении второго импульса FZ процесс происходит аналогично вышеописанному, при этом на выходе первого двоичного счетчика 4 увеличивается код на единицу, разрешая прохождение третьего импульса Рз, а в следующие ячейки памяти оперативного запоминающего устройства 15 заносятся данные Da и Оз, соответствующие началу и концу импульса Fa.

Аналогично происходит процесс и при поступлении импульса FS, после чего в оперативной памяти 15 записываются данные D4 и Ds, соответствующие началу и концу импульса Fa. После прохождения импульса РЗ регистрирующий блок 9 формирует сигнал обнуления Е и переходит в режим расчета уровня. При этом в регистрирующем блоке 9 определяются: середина первого импульса FI:

DF,

) Сущность изобретения: устройство содержит импульсный генератор возбуждения, излучающий преобразователь, приемный преобразователь, два двоичных счетчика, два триггера, кварцевый генератор, регистрирующий блок, мультиплексор и два регистра данных 2 ил.

При поступлении сигнала Q с выхода середина второго импульса F2 иггера 5 на вход разрешения записи СЕ 55

гистра 11 записываются данные с выхода

второго счетчика 8 в регистр данных 11 (эпюра 8).

При поступлении сигнала Q с выхода середина третьего импульса Рз иггера 5 на вход прерывания RST регист0Р2 з-Ж

DF3

ps - Рл 2

«is

задержка зондирующего импульса в измерительном канале5

On -Df2 -DFL задержка зондирующего импульса в опорto

ном канале:

Di2 ОРЗ - DFI;

вычисляется уровень контролируемой среды

Т2

А

Вычисленное значение уровня контролируемой среды передается в выходной интерфейс 18 для индикации и формирования необходимых внешних сигналов сигнализа- 95 цийи управления.

После окончания расчета микропроцессор переходит в режим ожидания прерыва- ния и при формировании следующего тактового импульса процесс повторяется, зд

Таким образом, в предложенном уровнемере, как и в прототипе, происходит фиксация времени задержки зондирующего,, импульса по середине импульса, что исключает влияние длительности зондирующего «

импульса на результат измерения, а обработка информации происходит за один такт, что исключает динамическую погрешность. 1 Длительность процесса вычисления при использовании микропроцессора серии К1821 4д составляет несколько десятков микросекунд и длительность процесса измерения определяется только диапазоном измере5

o

5

0

5

д

ния. Кроме того, следует отметить, что предложенный уровнемер обладает высокой информационной надежностью за счет использования принципа измерения с помощью ультразвука и цифровой обработки информационных сигналов.

Формула изобретения Ультразвуковой уровнемер, содержащий импульсный генератор, подключенный к излучающему ультразвуковому преобразователю и установочному входу первого двоичного счетчика, приемный ультразвуковой преобразователь, второй двоичный счетчик, кварцевый генератор, второй триггер и первый триггер, подключенный к ре/и- стрирующему блоку, отличающийся тем, что в него введены первой и второй регистры данных, соединенные с портами входного интерфейса регистрирующего блока, и мультиплексор, к первому, второму с и третьему входам которого подключены соответственно выход излучающего и первый и второй выходы приемного ультразвукового преобразователей, выход мультиплексора соединен со счетным входом первого двоичного счетчика, выход которого под-, ключей к управляющему входу мультиплексора, и входом данных первого триггера/ счетный вход которого соединен с выходом кварцевого генератора, подключенным также к счетному входу второго двоичного счетчика, выход которого соединен с входами данных первого и второго регистров данных, к входам разрешения записи которых подключены соответственно прямой и инверсный выходы первого триггера, при этом установочный вход второго двоичного счетчика соединен с инверсным выходом второго триггера, счетный и установочный входы которого подключены соответственно к прямому выходу первого триггера и выходу управления регистрирующего блока,