Устройство дискретного контроля уровня кусковых материалов в подземных емкостях

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУбЛИК т«ь С 01 Р",3 28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИ ГЕТ

ПО ИЗОВРЕТЕНИЯМ И GTKÐÛTÈßM

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ I iEf Ii,"i9

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I ! е (21) 4771033/10 (2 2) 31. 1 О. 89 (46) 15.12.91. hlor:, N.. 46 (71) Центральное конструкторское бюро "Геофизика" (72) !Ы!.В.Пасичник (53) 681.128(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

К 697829, кл. G 01 с 23/28, 1978, Авторское c=-,÷.,ir,етельство СССР

; .16:,9056, л, С 0I Г 23/28,1968.

У; --Р!П«,, --8, Д!,- !,РETHtJ; Д

Р ОД Я У Р " 1 .-! Я К У С К Д В Ы Х Ы АТ Е Р И АЛ 0 «Г

В ПОДЗЕМ г!ЫХ Е! !/!КОСТЯХ ,57) Изобретение отнссится к иэмеритель«iDl! технике и мо I:BT быть использовано дл;I дискретно;о контроля уровня кусковых маИзобретен е относится к приборостроени!о и может быть использовано B горкодобь ваюшей, металлур. ической, хи 1ической и

jI oугих Отрасл «!х и po ь! ш лен нос ! д! я свто матичBОКОГО ко!.!троля t/pовня кусковblх ь!а териалов, например горной массы в

ПОЛЗЕМ«1ЫХ ЕК ОСТЯХ

Целью изобрете«! ия является повышение разре«!!ающе. Способности устройства э» снеi последова.ельного измерения вели.,икы взаимного сдви а ьходных сигналов в

«1аэном масштабе Bpai ени.

На фиг,1 схе! !атi1 II а показан вертикальный оазреэ подземкой емкости и разме!дение датчиков (а), а также график функциональной завис.,мости между высотой 7,",о:-пролируемого уровня и величиной 0 сдвига сигнала отдал нного датчика с>тносительно сигнала ближнег<,:,атчика (б); На фиг.2 — схема предлагаемого:„тройс гaa; на вериг.3 — пример

pacripåäBëBHè«I импульсов по дискретным териалов в емкостях, Цель изобретения— повыше ие разрешающей способности. /стройство содержит д -а сейсмических датчика, расположенных нз разных расстояниях

От QMKocT!, и псдключепных K измерительному блоку, реализую!цему измерение времени прихода сигнал!-в бт датчиков и стап стический акали";- времени задержки

Одно о ОTносите,"ьно другОГО. «ри рабОте ) -.трсйс:в;. и;даю::: емкость кускоой ма.--пиал вы=-ывг:.ейск,ические колед s:; ия, рсгист;. ;Руек1ь!е д..-,-!";ика, ii.. Обработка сигналов в измер! Те !ьно!.; блоке прс водигся в,. -.а зт: па (Груббь!и -.: точный) и озволг ет повь!си: разреша!О,цу о способность и ис-:лючить лох !Ое сраба ь вакие от уда а .;атеР«1аЛа 0 C", HK! ЕК«„ОС ГИ, З.«1, ф-ЛЫ., 1!;. :;:те, валам задержки оп режающе! о сигН а Л а e O B C B Iti Д И а П а H .Â И 3 ! Е Н Е Н И Я B bl C O T ttI кон, ралируемого ур к; и,: !1 шаге ди.кретности, aFiIQ! Т;,=-,, = .; с.ги диапазона, соответста.:ю цей ф=-.-, ическому значени!о

KoHTpoë:",pt! B.lñão уровня, lipH шаге дис«ретности, равно,! Т2 (б!: На фиг.4 — схема коммутатора ii блока запоминания, i азреш а«о.цая способность устройс-:ьа повышается ОлагодзpR последовательному измер. .è;ñ велич,1ны взаи! «Ноl-о вре ievHo—

ГО СДВИГа ВХОДНЬ|Х Ci!гкапвr ПР.I РаЗЛИЧHOI шаге квэнтсва — ия вре.1ени задержки о ере KF;o. е о сигнала д:.::; Грубой и для точной

OUBHKl1 BbiCGTb УРОВ«. R. ! !Одэе !нгя е:"-«кос-.ь, в которо акапЛИВаЕТСя Ку .КОВО:.-. !!атврИаЛ 2. СОЕдиНЕНа аОИ!-, Вв,гккн -:ЕНИЕМ С Горкой ЗЫработкой 3 иэ к;лорой прс изводи-,ся загрузка материала, а нижни«1сечением 5-.: выработкой 4, где про. звадит -..=-.birpóçêa материала

40 из емкости, В горной вырабо ке 4 размещены датчики 5 и 6, причем первый из них установлен непосредственно возле основаниv. емкости ", а второй отдален От нее.

Датчики связаны механически через те 1о горного Mассива с емкостью 1, а электрически соединены с измерительным блоком.

Кроме датчиков 5 и 6, устройство контроля уровня ссдержит формирователи 7 и 8 прямоугольных импульсов связанные входами с датчиками 5 и 6, генератор 9 тактовых импульсов, подключенный к входу элеменгз 10 совпадения, связаннОгО вторым ВхороМ с формирователем 8, регистр 11 сдвига, связанный информационным входом с выходом формирователя 7, а тактовым входом — с выходом делителя 12 частоты, подключенного к генеоатору 9, элементы

ИЛИ 13, связанные входами с группами разрядных выходов регистра 11, а выходами через ключи 14 — с входами элементов ИЛИ

15, коммутатор (мультиплексор) 16 выходов регистра, подключенный информационными входами к первым из каждой группы выходам регистра 11, а выходом через ключ

17 — к информационному вxîäó регистра 18 сдвига, соединенног0 TBKToBblM входом с генератором 9. а выходами через элементы

ИЛИ 15 — с входами элементов 19 совпадеo4BTчики 20 IRMA. llbcoB, связанные счетными входами с выходами элементов 19 совпадения, подключенных своими втсрыI"Ivi Bxo$BMI4 K выходу BilBMe(TB 10 соВОВ Вния, выходы переполнения сче чиков 20 соединены с информационными входами блока 21 запоминания и обработки, а -,Bêêå блока 22 управления.Блок 22 управления содержит запоминающий регистр 23, подключенный информационными входами вместе с входами злеЬ",ента ИЛИ 24 к информационному входу блока 22, а выходом через адресный выход блока 22 — к адресному входу коммутатора 16 и отдельному информационному входу блока 21, элементы 25 и 26 совпадения, соединенные первыми входами через вход синхронизации блока 22 с генератором 9, а своими входами — с выходом элемента ИЛИ

27, второй вход элемента совпадения 26 связан с выходом элемента ИЛИ 24, распределитель 28 импульсов (выполненный, например, в виде кольцевого четырехразрядного счетчика импульсов), подключенный входом к выходу элемента ИЛИ 27, триггер 29, подключенный инверсным выходом к входу элемента 30 совпадения и через первый выход управления блока 22 к входам управления ключей 14, а неинверсным выходом — к выходу элемента 31 совпадения и через второй выход блока 2? к входу управления ключа

17, триггер 32, связанный выходами через элементы совпадения 32 и 34 с входами триггера 29, при этом нулевой выход распределителя 28 импульсов подключен через третий выход блока 32 к входам управления элементов 19 совпадения, первый выход через элемент 30 совпадения — к входу управления регистра 23 и входу обнуления триггера 32, а через элемент 31 совг1адения — к входу установки триггера 32 и через четвертый выход блока 22 к входу управления блока 21, второй выход — к вторым входам элементов 33 и 34 совпадения, а третий выход — к второму входу элемента 25 совпадения и через пятый выход блока 22 к входам обнуления счетчиков 20

Комму гатор 16 состоит из элементов 35 совпадения, первые входы которых подключены через информационные входы коммутатора 16 к первым из каждой группы выходам регистра 11 сдвига, вторые входы — через адресный вход коммутатора 16 и адресный выход блока уг1равления 22 к информационному выходу регистра 23, а их выходы — через элемент ИЛИ 36 и выход коммутатора 16 к входу ключа 17. Блок 21 запоминания и обработки содержит первый регистр 37, подключенный информационными входами через первый информационный вход блока 21 и адресный выход блока

22 управления к информационному выходу регистра 23, второй регистр 38, подключенный информационными входами через второй информационный вход блока 21.к выходам счетчиков 20, индикатор 39, подключенный информационными входами к информациОннь1м выходам регистров 37 и

38, входы управления которых соединены через вход управления блока 21 и четвертый выход блока 22 с выходом элемента совпадения 31 (при необходимости блок 21 может дополнительно содержать другие функциональные элементы), Устройство работает следующим обраЗОМ.

При загрузке материала 2 в подземную емкость 1 возчикают удары его отдельных кусков и порций с поверхностью накопленного материала в точке А (фиг,1а). Эти удары вызывают сейсмические колебания, которые распространяются в горном массиве, окружающем емкость 1, и возбуждают в датчиках 5 и б электрические сигналы. В приближенном к емкости датчике 5 сигналы появляются раньше, чем в отдаленном датчике 6. Величина сдвига (разность, сигналов во времени, определяемая разностью хода сейсмических лучей через тело горного массива от точки А до датчиков 5 и 6 функционально связана с высотой контролируемого

» 698649

10

55 уровня материала. Чем больше эта высота, тем меньше разность хода сейсмических лучей и соответственно короче время 0 сдвига сигнала отдаленного датчика 6 относительно сигнала ближнего датчика 5 (фиг.1б).

Источник сейсмических колебаний в точке А является общим для обоих датчиков, поэтому возникающие в них сигналы по своей структуре идентичны. Эти сигналы могут искажаться помехами, возникающими, например, от ударов кусков материала о стенки емкости и от других источников. Полезные сигналы и помехи между собой не связаны, т,е. их амплитудные и временные соотношения являются случайными. В тоже время полезные сигналы, поступающие от датчиков 5 и 6, физически взаимосвязаны между собой временем 0, что позволяет выделить их среди помех при соответствующей обработке, Сигналы от датчиков 5 и 6 поступают на формирователи 7 и 8, где усиливаются и преобразуются с помощью триггера Шмитта в последовательности прямоугольных импульсов с постоянной амплитудой, соответствующей уровню логической единицы.

Длительность импульсов и интервалы между ними зависят от амплитуды и частоты входного сигнала. В формирователях 7 и 8 при необходимости может осуществляться фильтрация входных сигналов с целью исключения высокочастотных составляющих, С выхода формирователя 7 сигналы поступают на информационный вход регистра

11 сдвига, на котором осуществляется их дискретизация по времени и задержка с шагом дискретности, равным периоду тактовых импульсов, поступающих на гактовый вход регистра 11 от генератора 9 через делитель 12 частоты, При этом для достижения меньшей разности двух дискретных значений высоты контролируемого уровня, различаемых устройством, дискретизация и задержка опережающего сигнала от формирователя 7 осуществляется дважды. Первая из них при большем значении шага дискретности происходит на регистре 11 и элементах ИЛИ 13, объединяющих группы выходов этого регистра, а вторая при меньшем значении шага дискретности — на регистре 18.

Период тактовых импульсов для регистра 11 задается таким, чтобы шаг дискретности задержки сигнала был примерно вдвое меньше периода высокочастотных составляющих входного сигнала.

При наличии на информационном входе единичного сигнала в регистре 11 записываются единицы, а в интервалах между ними — нули. По мере продвижения сигналов логических единиц и нулей по регистру 11 они появляются на выходе каждого разрядного элемента, откуда поступают через групповые элементы ИЛИ 13 на вход ключей 14.

Кроме того, сигналы с nepeo».o выхода каждой группы выходов регистра 11, объединяемых элементами ИЛИ 13, поступают на входы коммутатора 16. В зависимости от кода адреса, подаваемого на адресный вход коммутатора 16, сигналы проходят с того или иного выхода регистра 11 через коммутатор 16 и открытый ключ 17 ча информационный вход регистра 18 сдвига, на тактовый вход которого подаются импульсы от генератора 9, Тактовые импульсы могут поступать от генератора 9 непосредственно (как показано.на фиг,2), либо через делитель частоты с меньшим, чем у делителя 12, коэффициентом деления.

Через элементы ИЛИ 15 сигналы поступают на первые входы элементов 19 совпадения либо с выходов открытых ключей 14, либо с разрядных выходов регистра 18, На вторые входы всех элементов 19 совпадения одновременно подаются сигналы с выхода формирователя 8 через элемент 10 совпадения, на котором осуществляется дискретизация сигналов с частотой генератора 9.

При наличии на третьих входах элементов 19 совпадения единичного сигнала от блока 22 управления на их выходе появляются группы импульсов, поступающих на счетные входы счетчиков 20. Интенсивность появления импульсов (среднее число импульсов в единицу времени) максимальна на выходе того элемента 19 совпадения, на котором происходит совпадение сигнала от датчика 5, задержанного регистрами 11 и 18, с одноименным сигналом оТ датчика 6.

Величина сдвига сип алов, характеризующая высоту контролируемого уровня, определяется по номеру счетчика 20 с наибольшим числом импульсов, накопленных за время измерения. Сценка величины 6 относительно временного сдвига сигналов выражается числом тактовых импульсов, на которое задерживается регистрами 11 и 18 сигнал от датчика 5 до его совпадения с сигналом от датчика 6.

Процесс измерения осуществляется в два этапа. На первом этапе по номеру счетчика 20 с наибольшим числом накопленнь»х импульсов определяется величина временного разноса входных сигналов от датчиков

5 и 6, выраженная целым числом тактов Т» задержки опережающего сигнала. При этом на первые входы элементов 19 совпадения сигналы подаются с выходов регистра 11 сдвига через элемен-.ы ИЛИ 13 и l5, когда на входы управления ключей 14 поступает

10 появляется на его нулевом выходе, откуда он подается на элементы 19 совпадения, При этом единичный сигнал, поступающий с третьего выхода распределителя 28 на вход элемента 25 совпадения, исчезает (переключение распределителя 28 осуществляется задним фронтам тактового импульса).

Исходное состояние распределителя 28 сохраняется до очередного переполнения одного из счетчиков 20, С момента поступления единичного сигнала от блока 22 на третьи входы элементов

19 совпадения начинается второй этап измерения, на котором по номеру переполнения счетчика 20 определяется величина взаимного сдвига входных сигналов только в пределах между величинами 0 и 62 задержки опережающего сигнала, причем шаг дискретности Т2 равен периоду тактовых импульсов, поступающих на тактовый вход регистра 18. Процесс измерения протекает так же, как на первом этапе, но с той разницей, что на первые ходы элементов 19 совпадения сигналы подаются через элементы

ИЛИ с выходов регистра 18 сдвига. На информационный вход регистра 18 поступают сигналы через коммутатор 16 и открытый ключ 17 (с первого выхода, т.е. с выхода младшего разряда) той группы выходов регистра 11, номер которой совпадает с номером счетчика 20, переполненного на первом этапе измерения.

Второй этап измерения заканчивается в момент появления единичного сигнала на выходе переполнения одного (или нескольких) из счетчиков 20, Этот сигнал поступает на второй информационный вход блока 21 запоминания и обработки, а также через информационный вход блока 22 и элемент

ИЛИ 24 на вход элемента 26 совпадения, В результате блок 22 управления начинает работать, как описано выше, но уже при новом состоянии триггеров 29 и 32. Единичный сигнал исчезает на нулевом выходе распределителя 28 импульсов, благодаря чему фиксироуется состояние счетчиков 20, и появляемся на его первом выходе, откуда ан подается через открытый элемент 31 совпадения (элемент 30 совпадения закрыт) ;на вход установки триггера 32 и вход управления блока

21. По данному сигналу в блоке 21 записывается код номера переполнения на первом этапе счетчика 20, поступающий на первый информационный вход блока 21 с выхода регистра 23, и код номера счетчика 20, переполненного на втором этапе измерения. который присутствует на втором информационном входе блока 21, При этом используется либо единичный код с выходов переполнения счетчиков 20, либо иной код, 5

55 формируемый при необходимости из указанного единичного кода, Триггер 32 переключается в состояние, когда единичный сигнал с его неинверсного выхода открывает элемент 34 совпадения.

Поэтому возникающий на следующем такте едлничный сигнал с второго выхода распределителя 28 поступает через элемент 34 совпадения на вход обнуления триггера 29 и переводит его в состояние, когда единичный сигнал появляется на инверсном выходе. При этом ключ 17 и элемент 31 совпадения закрываются, а ключи 14 и элемент 30 совпадения открываются единичным сигналом с инверсного выхода триггера 29. При поступлении на вход распределителя 28 третьего и четвертого тактовых импульсов повторяется процесс, описанный выше, схема возвращается в исходное состояние, с которого начинается очередной цикл измерений. Начальная установка исходного состояния счетчиков

20 и блока 22 управления. например, при включении питания производится автоматически или вручную (не показано).

Зафиксированные в блоке 21 коды номеров счетчиков 20, переполненных на первом и втором этапах измерений, дают оценку величины 0 задержки опережающего сигнала от датчика 5 до совпадения с запаздывающим сигналом от датчика 6, выраженную числом тактов задержки на обоих регистрах, в виде 0 =)1Т1+ (j2+0,5)Т2, где ji, j2 — номера переполненных счетчиков 20 соответственно на первом и втором этапах измерений. В первом слагаемом этой оценки неизвестная величина О отождествляется при измерениях с ближайшим меньшим или равным уровнем ее квантования при задержке сигнала на регистре 11, а во втором слагаемом — с ближайшим уровнем квантования при дополнительной задержке сигнала на регистре 18 (увеличение j2 на 0,5 учитывает компенсацию систематической погрешности квантования). Тогда погрешность ЛО дискретности оценки 0 принимает значения в пределах от -T2/2 +Т2/2, а ее математическое ожидание равно нулю при среднеквадратическом отклонении, равном T2/2v3 вследствие одинаковой вероятности появления значений неизвестной величины взаимного сдвига входных сигналов в пределах одного шага дискретности Т2, В условиях приведенного выше примера шаг дискретности T2 = To = 0:25 см (поскольку второй делитель частоты отсутствует, коэффициент деления К2 = 1), сигналы на и нформационный вход регистра 18 на втором этапе измерения поступают с первого выхода пя14 и второй подключены первыми входами к входу синхронизации блока управления, а выходами через элемент ИЛИ вЂ” к входу распределителя импульсов, второй вход второго элемента совпадения соединен с выходом многовходового элемента ИЛИ, нулевой выход распределителя импульсов подключен к третьему выходу блока управления, первый выход через третий и четвертый элементы совпадения — к входам обнуления и установки первоготриггера, соединенным соответственно с входом управления регистра и четвертым выходом блока управления, второй выход через пятый и шестой элементы совпадения — к входам установки и обнуле ния второго триггера, третий выход — к второму входу первого элемента совпаде5 ния и пятому выходу блока управления, инверсный и неинверсный выходы первого триггера соединены с вторыми входами пятого и шестого элементов совпадения, а инверсный и неинверсный выходы второго

1О .триггера подключены к вторым входам третьего и четвертого элементов совпадения, связанным соответственно с первым и вторым выходами блока управления.

1б98649

1698б49 и в Bz гт

Итог синолог

STz

1698649

Составитель ".,Ñîëäà. ов

Редактор A.Ëåæíèíà Техред М.Моргентал Корректор G.Цийлс

Заказ 4385 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьпили г,:i Г ; -, СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауискал наб., 4/Б

Производственно-изда1ельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, а;-ар. н.=,, ",91