Устройство дискретного контроля уровня кусковых материалов в подземных емкостях

 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в горнодобывающей , металлургической и др отраслях промышленности для автоматического контроля уровня кусковых материалов , например горной массы в подземных емкостях. Изобретение позволяет повысить помехозащищенность измерений за счег накопления и обработки данных о параметрах входных сигналов. Сигналы, возникающие от удэров падающего материала в точке А, появляются в отдаленном датчике 7 позже , чем п ближнем датчике 6 Величины данного запаздывания функционально зависят от уровня кускового материала в подземной емкости. Измерительный блок измеряет время запаздывания и определяет тем самым уровень Повышение помехозащищенности измерений достигается за счет определения коореляции (осуществляемой цифровым методами) сигнала, пришедего в дальний датчик 7 и задержанного на ряд дискретных интервалов сигнала ближнего датчика 6. Корреляция между данными сигналами наибольшая, если время задержки сигнала датчика 6 равно времени задержки и сигнала датчика 7 Этот момент возникает из-за разницы в акустических путях Таким образом, осуществляется повышение помехоустойчивости и измерение времени задержки Новым в устройстве является осуществление задержки и корреляции . 3 ил С/

СОЮЗ СОВГТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1619056 А1 (s>>s 6 01 f= 23/28

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ . I BY (21) 4421474/10 (22) 07,05.88 (46) 07.01.91. Бюл. N 1 (72) М. В, П а с ич н и к (53) 681.128(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 558168, кп. G 01 F 23/28, 1975.

Авторское свидетельство СССР

М 697829, кл. 6 01 F 23/28, 1978, (54) УСТРОЙСТВО ДИСКРЕТНОГО КОНТРОЛЯ УРОВНЯ КУСКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

В ПОДЗЕМНЫХ ЕМКОСТЯХ (57} Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в горнодобывающей, металлургической vl др. отраслях промышленности для автоматического контроля уровня кусковых материалов, например горной массы в подземных емкостях. Изобретение позволяет повысить помехозащищенность измерений за счет накопления и обработки данных о параметрах входных сигналов. Сигналы, возникающие от ударов падающего материала в точке.

А, появляются в отдаленном датчике 7 позже, чем в ближнем датчике 6. Величины данного запаздывания функционально зависят от уровня кускового материала в подземной емкости. Измерительный блок измеряет время запаздывания и определяет тем самым уровень. Повышение помехозащищенности измерений достигается за счет определения корреляции (осуществляемой цифровым методами) сигнала, пришедего в дальний датчик 7 и задержанного на ряд дискретных интервалов сигнала ближнего датчика б. Корреляция между данными сигналами наибольшая, если время задержки сигнала датчика 6 равно времени задержки и сигнала датчика 7, Этот момент возникает иэ-за разницы в акустических путях. Таким образом, осуществляется повышение помехоустойчивости и измерение времени задержки. Новым в устройстве является осуществление задержки и корреляции. 3 ил.

16 I 9056

Изобретение относится K приборостроению и может быть использовано в горнодобы вающей, металлургической, химической и других отраслях промышленности для автомати еского контроля уровня

I!gOKOBblX MATOPMOflO8, FIOt1PWM8P гOPHOA массы, в подземных емкостях.

Цель изобретения — повышение помехозащищенности измерений за счет накопления и обработки избыточных данных о ггараметрах входных сигналов.

На фиг.1 схематично показаны подзем ая емкость и размещение датчиков, вертикальный разрез; на фиг.2 — блок-схема предл".ãàåìîãî устройства; на фиг,З вЂ” график функциональной взаимосвязи между вели ялной контролируеллого уровня и временем запаздывания сигнала отдаленного датчика относительно сигнала ближнего датчика и пример распределения числа импульсов по дискретным интервалам задержки сигнала, Подземная емкость I, расположенная в тале горного массива 2, соединена своим верхним сечением с горной выработкой 3, из которой производится загрузка материала 4, а нижним сечением — с выработкой 5, где производится выгрузка материала из емкости. В горной выработке 5 размещены датчики 6 и 7, из которых первый установлен непосредственно у основания емкости 1, а второй отдален от емкости на определенное расстояние. Датчики связаны механически через горный массив 2 с емкостью 1, а электрически — с измерительным блоком.

Во многих случаях подземные емкости по тем или иным причинам имеют искривления и наклоны стенок, например наклон в . точке Б (фиг,1), В таких емкостях в процессе загрузки их материалом 4 возникают удары падающего материала о наклон в области ! очки Б, а затем о поверхность ранее накопленного материала (точка А), Удары вызывают сейсмические колебания, когорые распространяются в горном массиве 2 и возбуждают в датчиках 6 и 7 сигналы с различными энергетическими уровнями, Устройство контроля уровня, кроме датчиков 6 и 7. содержит формирователи 8 и 9 импульсов, выполненные в виде соединенных последовательно усилителей и триггеров Шмитта, причем формирователи соединены выходами с одновибраторами 10 и 11, подключенными своими выходами к входам двухвходового инвертора 12, генератор l3 импульсов, связанный через делитель 14 частоты с тактовым входом регистра

15 сдвига и через элемент 16 совпадения с входами элементов 17 совпадения, информационный вход регистра 15 подключен к

15 выходу формирователя 8, выходы разрядных элементов регистра — к входам элементов 17 совпадения, выходы которых соединены со счетными входами счетчиков

18, связанных своими выходами с входами многоиходоиого элеманта ИЛИ 19 и информационными входами решающего устройства 20, подключенного своим сигнальным выходом к входу элемента 21 совпадения, соединенного выходом с входом установки нуля счетчиков 18 и через элемент 22 совпадения, подключенный другим входом к формирователю 9, с единичным входом триггера 23 управления, нулевой вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 19, связанного одним из входов с выходом инвертора 12, прямой выход триггера — с управляющим входом элемента 16 совпадения, один вход которого подключен к выходу формирователя 9, а инверсный выход триггера — с входами управления решающего устройства 20 и элемента 21 совпадения, подключенного своим третьим входом к выходу одновибратора 10, Устройство работает следующим образом, Сигналы от ударов, возника,ощих в точке А, появляются в отдаленном датчике 7 позже, чем в ближнем датчике 6. Величина этого запаздывания сигнала, определяемая разностью хода сейсмических лучей а и а через горный массив 2 от точки А до обоих датчиков, функционально связана с величиной контролируемого уровня материала: чем этот уровень выше, тем меньше разность хода сейсмических лучей и соответственно короче время запаздывания сигнала отдаленного датчика 7 относительно сигнала ближнего датчика 6 (фиг.За), Источник сейсмических колебаний в точке А является общим для обоих датчиков, поэтому возникающие в них сигналы по своей структуре идентичны, Зти полезные сигналы подвержены воздеглствию помех, возникающих от ударов кусков материала о наклонную стенку в области точки Б или от других источников.

При определенных условиях амплитудные значения помех могут быть соизмеримы с амплитудой полезного сигнала, например при ударах об уклон крупных кусков материала, При обработке сигналов помех разность хода сейсмических лучей б и б

1 характеризует всегда одну и ту же величину ложного уровня, соответствуюв.его области точки Б; Действие помех в таких случаях проявляется в виде систематической погрешности измерения, Таким образом. поступающие от датчиков 6 и 7 сигналы представляют собой оди1 619056

О

55 наковые по структуре процессы, сдвинутые между собой на время, зависящее от величины контролируемого vpoBHR, и искаженные помехи, приче л амплитудные и временные соотношения полезных сигналов и помех являютс» случайными.

Вызванные сейсмическими колебаниями сигналы от датчиков 6 и 7 поступают на формирователи 8 и О, где усиливаются и преобразуются с помощью триггеров Шмитта в последовательности прямоугольных импульсов с постоянной амплитудой, соответствующей уровню логической единицы (сигнал "1"). Длительность импульсов и интервалы между их фронтами в указаннои последовательности зависят от амплитуды и частоты входного сигнала.

Сигналы с выхода формирователя 8 поступают на информационный вход регистра

15 сдвига, на тактовый вход которого подаются тактовые импульсы от генератора 13 через делитель 14 частоты . При наличии на информационном входе — импульса — сигнала "1" в регистре 15 записываются единицы, а в интервалах между импульсами — нули. По мере продвижения по региструсигналы единиц и нулей появляются на выходах каждого разрядного элемента регистра 15, откуда поступают на вход связанных с ними элементов 17 совпадения. На вторые входы всех элементов 17 совпадения одновременно подаются сигналь с выхода формирователя 9 через управляемый триггером 23 элемент 16 совпадения,При наличии на управляющем входе элемента 16 сигнала "1" от триггера

23 на его выходе появляются группь. кратковременных импульсов, поступающих на один из входов элемента 16 совпадения с постоянной частотой дискретизации от генератора 13. Число импульсов в группах про порционал ьно длительности един ичн ых значений импульсов, поступивших с выхода формирователя 9.

Сигналы, поступающие от формирователей 8 и 9, по своей структуре одинаковы, но по времени сигнал от формирователя 9 запаздывает относительно сигнала от формирователя 8. Время запаздывания характеризует величину контролируемого уровня. Зто время определяется номером разрядного элемента регистра 15, выходной сигнал которого совпадает по времени с сигналом, поступающим от формирователя

9.

Так, очередной импульс (сигнал "1"). поступивший от формирователя 8 на вход регистра 15 сдвига, продвигаясь по нему от разряда к разряду, поочередно появляется на выходе каждого разрядного элемента регистра в виде импульса, длительность которого равна периоду повторения тактовых импульсов, поступающих с выхода делителя

14 частоты. Если сигнал "1" на выходе формирователя 8 короткий, то он при совпадении с тактовым удлиняется в регистре до длительности периода тактовых импульсов, а если его длительность больше этого периода, то за время el o существования в регистре образуются два или больше ил1пульсов, равных по длительности периоду тактовых импульсов, Через определенное число тактов появление указанного сигнала "1" на выходе соответствующего разряда (например, разряда М 11 фиг.3б) регистра 15 совпадает по времени с появлением одноименного сигнала "1" на выходе формирователя 9. При этом на выходе элемента 17 совпадения, связанного с указанным разрядом регистра 15, появляется группа импульсовдискретизации.

Число э их импульсов в группе пропорционально времени совместного действия на данном элементе 17 совпадения сигнала "1" с выхода формирователя 9 и задержанного регистром 15 одноименного сигнала, поступившего ранее с выхода формирователя 8.

Импульсы с выхода элемента 17 совпадения поступают на счетный вход счетчика (или в отдельную ячейку запоминающего устройства) 18, где накапливаются до момента счить: вания и обработки решающим устройством 20.

На информационный вход регистра 15 от формирователя 8 поступает серия сигналов "1" с разпичными значениями их длительности и пауз, зависящими от параметров входных сигналов. В процессе ди"кретного сдвига этих импульсов их совпадения с импульсами от форл1ирователя 9 имеют место на всех разрядах регистра 15, Однако число таких совпадений и их суммарная гродолжительность максимальны на том разряде регистра 15, на котором вреMR задержки выходного сигнала формирователя 8 совпадает с временем запаздь;ва ия выходного сигнала формирователя 9. Следовательно, на выходе элемента 17 совгадения, вход которого соединен с указанным разоядом регистра 15, за время измерения появляется наибольшее число импульсов, фиксируемых соответствующим счетчиком 18.

Подготовка цикла измерения начинаетcR с момента появления на выходе формирователя 8 очередного сигнала "1", гоступизшего на вход одновибратора t0. Одновибраторы 10 и 11 при их запуске первыми единичными сигналами от формирователей 8 и 9 формируют ил1пульсы, продолжитель1619056

25

40

50 ность которых равна удвоенной максимальной величине времени свободного падения материала, С выхода одновибратора 10 сигнал "1" подается на один из входов элемента 21 совпадения, Если при этом на других входа;, того же элемента 21 имеются сигналы "1" с сигнального выхода решающего устройства 29 и инверсного выхода триггера

23, то на выходе элемента 21 совпадения появляется сигнал "1", который переключает в исходное состояние счетчики 18 и открызает элемент 22 совпадения на единичный вход триггера 23. Последний переклгпчается в состояние, при котором на его прямом выходе появляется сигнал "1", открывающий элемент 16 совпадения, а на инверсном выхоце — сигнал "0", закрывающий элемент 21 со. ладения и отменяющий сигнал "1" на сигнальном выходе решающего устройства 20.

С момента переключения триггера 23 начинается процесс измерения, который осуществляется до тех пор, пока открыт элемент 16 совпадения. При этом сигналы "1" с выходов одновибраторов 10 и 11 вызывают на выходе двухвходового инвертора 12 сигнал "0" и тем самым предотвращают преждевременную остановку цикла измерения.

Исчезновение укаэанных сигналов "1" приводит к появлению ча выходе инвертора 12 сигнала "1", который подается через элемент ИЛИ 19 на нулевой вход триггера 23.

Измерение прекращается в момент перекл очения триггера 23 сигналом "1" с выхода элемент И.ЧИ 19, Этот сигнал формируется при исчезновении сигналов

"1" на выходах обоих одновибраторов 10 и

11 либо при условии переполнения любого из счетчиков 18 в зависимости от того, какое из этих событий наступает раньше, С переключением триггера 23 на его прямом выходе появляется сигнал "0". закрывающий элемент 16 совпадения, а на инверсном выходе — сигнал "1", поступающий на вход управления вешающего устройства 20. По этому сигналу производятся считывание данных, накопленных счетчиками 18, сравнение их между собой и выбор номера счетчика, где за время измерения накоплено ма ксимал ьнсе число импульсов.

По окончании считывания данных со счетчиков 18 на сигнальном выходе решающего устройства 20 появляется сигнал "1", поступающий на вход элемента 21 совпадения. При этом на одном из входов последнего уже присутствует сигнал "1" с инверсного выхода триггера 23. Если на третьем входе . элемента 21 совпадения есть сигнал "1" от одновибратора 10, то процесс измерения начинается с момента поступления сигнала

"1" с сигнального выхода решающего устройства 20 в указанном порядке. В противном случае этот процесс начинаегся в том же порядке, но с момента появления очередного сигнала "1" на выходе формирователя 8 и соответственно одновибратора 10, Операции считывания накопленных счетчиками 18 данных, их арифметической и логической обработки выполняются решающим устройством 20 по своему внутреннему алгоритму, который может при необходимости включать также другие операции, например сравнение результатов смежных циклов измерений с целью исключения явно ошибочных результатов, формирование кода результата измерения для передачи в центральный процессор и т.п, При этом обработка данных может осуществляться решающим устройством одновременно с очередным циклом измерения, если последний начинается с момента появления сигнала "1" на его сигнальном выходе непосредственно после считывания указанных данных, накопленных счетчиками 18 в предыдущем цикле.

Помехозащищенность измерения в техническом решении обеспечивается за счет многократного сравнения запаздывающего сигнала отдаленного датчика с опережающим сигналом ближнего датчика, задерживаемым на ряд дискретных интервалов, и измерения на интервалах задержки продолжительности совпадений единичных значений обоих сигналов с последующим выбором того интервала задержки, на котором задерживаемый сигнал в наибольшей степени совпадает с текущим значением сигнала отдаленного датчика, т.е. на котором за время измерения счетчик фиксирует максимальное число импульсов. Так как, несмотря на искажающее действие помех, полезные сигналы подобны один другому, то наибольшее число совпадений и максималь-. ная продолжительность совместного существования единичных значений обоих сигналов имеет место только в том случае. когда время задержки первого сигнала равно времени запазд лвания второго сигнала, Формула изобретения

Устройство дискретного контроля уровня кусковых материалов в подземных емкостях, содержащее два датчика сейсмических колебаний, связанных механически через тело горного массива с емкостью и подключенных к измерительному блоку, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехозащищенности измерений, датчики расположены на разном расстоянии от подземной емкости, а измерительный блок состоит из первого и второго формирователей

l 619056 импульсов, входы которых подключены через первый и второй входы измерительного блока к первому и второму датчикам сейсмических колебаний, первого и второго одновибраторов, двухвходового инвертора. генератора тактовых импульсов, делителя частоты, регистра сдвига, элементов совпадения, число которых на три больше числа дискретных контролируемых уровней, счет -,иков, число которых равно числу дискретных контролируемых уровней, многовходового элемента ИЛИ, решающего устройства и триггера, при этом выход первого формирователя подключен к информационному входу регистра сдвига и к входу запуска первого одновибратора, выход которого подключен к первому входу инвертора, выход второго формирователя подключен к входу запус,а второго одновибратора, выход которого подключен через инвертор к первому входу многовхадового элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу обнуления триггера, вход установки которого подключен к выходу первого элемента совпадения, неинверсный выход триггера подключен к первому входу второго элемента совпадения, инверсный выход триггера подключен к входу управления решающего устройства и к первому входу третьего элемента совпадений, второй вход которого подключен к сигнальному выходу решающего устройства, тре5 тий вход третьего элемента совпадения подключен к выходу первого одновибратора, выход второго формирователя подключен к второму входу второго элемента совпадения и к первому входу первого эле10 мента совпадения, и при этом также выход генератора подключен к третьему входу второго элемента совпадений и через делитель частоты к тактовому входу регистра сдвига, выходы которого подключены к первым вхо15 дам оставшихся элементов совпадений, втоpb!e входы которых подключены к выходу второго элемента совпадений, а выходы подключены к счетным входам счетчтиков. выходы переполнения которых подключены

20 к различным входам многовходового элемента ИЛИ, причем информационные выходы счетчиков подключены к информационным входам решающего устройства, а выход третьего элемента совпа25 дений подключен к входам обнуления счетчиков и к второму входу первого элемента совпадений.

1619056

10 72 19 1E gg

Время у аздыданоя

1Б 7Þ

Редактор И.Горная

Заказ 37 Тираж, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул,Гагарина, 101 б 100

z 50 ц 8 10 fZ Я иомера разрядо8Реаистра

Num.Ю

Составитель А.Протопопов

Техред М.Моргентал Корректор М.Демчик