Ультразвуковой уровнемер

 

) 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s 6 01 F 23/28

СУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ЕДОМСТВО СССР

ОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПАТЕНТУ (1) 5033885/10 (2) 10.02.92 (6) 30.08.93. Бюл. ¹ 32 (1) Совместное предприятие иИнтернаути (2) В.B.Âíóêoâñêèé, А,А.Щербаков и .В.Скорин

3) Совместное предприятие "Интернаутм

6) Авторское свидетельство СССР

1315815, кл. G 01 F 23/28, 1985.

Изобретение относится к измерительой технике, в частности к измерителям, ровня жидких сред, Внедрение в промышленное производ- ство современных технологических процесv сов .требует создания приборов контроля ровня с повышенными метрологическими характеристиками и высокой информационной надежностью.

- Техническая сущность изобретения за-! ключается в ведении в ультразвуковой уров немер, 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, подключенный к регистрирующему блоку, первого и второго регистра данных, соеди, ненных с портами входного интерфейса ре гистрирующего блока, и мультиплексора, к

: первому, второму и третьему входам которого подключены соответственно выход излу„„5U „„18387бб АЗ

2 (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ УРОВНЕМЕР (57) 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. чающего и первый и второй выходы приемного ультразвуковых преобразователей, выход мультиплексора соединен со счетным входом первого двоичного счетчика, выход Я 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 QQ прямой и инверсный выходы первого триг- () гера, при этом установочный вход второго Ср двоичного счетчика соединен с инверсным выходом второго триггера, счетный и уста- 0 новочный входы которого подключены соот- . ветственно к прямому выходу первого триггера и выходу управления регистрирующие блока, При этом регистрирующий блок ампопиеи содержащим микропроцессор,, у постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, 1838765

25

35

40 5

Устройство работает следующим образом, с При включении устройства микропроцессор 13 по программе. записанной в поо 55 стоянном запоминающем устройстве 14, о формирует в дешифраторе команд управления 16 сигнал обнуления Е второго триггера

7, устанавливающий на его выходе 0 едиы ничный уровень, который поступает на вход

R второго двоичного счетчика 8 (эпюра 6), дешифратор команд управления, входной и выходной интерфейсы, соединенные между собой совмещенной шиной адреса — данных и шиной управления.

B результате введения новых элементов и связей при предложенном выполнении регистрирующего блока " в предлагаемом ультразвуковом уровнемере уменьшается время обработки информационного сигнала, вследствие чего исключается динамическая погрешность измерения.

В предлагаемом ультразвуковом уровнемере создана возможность получения за один такт измерения (по одному зондирующему импульсу) информации о времени задержки зондирующего импульса в опорном и измерительном каналах приемного ультразвукового преобразователя и одновременно с этим информации о длительности зондирующего импульса (Тс), которая необходима для определения середины зондирующего импульса и уменьшения погрешности д3яд, зависящей от величины Т (как в прототипе). Причем если в прототипе для обеспечения минимального значения д п 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 введейные мультиплексор 10, первый регистр данных 11 и второй регистр данных

12.

Регистрирующий блок 9 содержит микропроцессор 13, постоянное запоминающее устройство 14. оперативное запоминающее устройство 15, дешифратор команд управления 16, входной интерфейс

17, выходной интерфейс 18, которые связаны между собой совмещенной шиной адре са данных (ШДА) и шиной управления (ШУ)

Импульсный генератор выходом соединен излучающим ультразвуковым преобразова телем 2 и установочным входом R первог двоичного счетчика 4. Выход излучающег ультразвукового преобразователя 2 и пер вый и второй выходы приемного ультразву кового преобразователя 3 соединен 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 0 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 ьходом 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 которого соединен с инверсным выходом 0 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 эвуководу датчика (на чертеже не показан), представляющего собой магнитострикционную 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.

1838765 рирующего блока 9 микропроцессор 13 переходит на режим обработки прерывания, считывая данные D<> с выхода регистра 11 через порт В входного интерфейса 17 и занося эти данные в оперативное запоминающее устройство 15.

При поступлении на вход R второгодвоичного 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 Ft на инверсном выходе Q триггера 5 формируется положительный скачок напряжения, по которому происходит запись выходных данных О 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 D> с регистра 12 помещаются в следующую ячейку памяти оперативного запоминающего устройства 15. Далее при поступлении второго импульса F2 процесс происходит аналогично вышеописанному, при этом на выходе первого двоичного счетчика 4 увеличивается код на единицу, разрешая прохождение третьего импульса F8, а в следующие ячейки памяти оперативного запоминающего устройства 15 заносятся данные Dz и Оз, соответствующие началу и концу импульса Fz, Аналогично происходит процесс и при поступлении импульса Гз, после чего в оперативной памяти 15 записываются данные

D4 и Dg, соответствующие началу и концу импульса Гз. После прохождения импульса

Рз регистрирующий блок 9 формирует сигнал обнуление Е и переходит в режим расчета уровня. При этом в регистрирующем блоке 9 определяются; середина первого импульса Fp: середина второго импульса Fz апрещающий его работу. Первый счетный мпульс. поступающий с выхода кварцевого енератора 6 на счетный вход С первого риггера 5 устанавливает на его прямом выоде Q нулевой уровень, т.к. на его входе D 5 тсутствует сигнал. На выходах первого 11 второго 12 регистров устанавливаются нуевые коды.

Далее процессор переходит в режим жидания прерывания. 10

Импульсный генератор 1 вырабатывает идео импульс (эпюра 1), который обнуляет ервый двоичный счетчик 4 и возбуждает злучающий ультразвуковой преобразоваель 2, на выходе которого формируется ул ь- 15 раэвуковой зондирующий импульс Р1. При аспространении ультразвукового импульа F 1 по звуководу датчика при достижении остоянного магнита измерительного канав приемного ультразвукового преобразо- 20 ателя 3 формируется задержанный мпульс F z (эпюра 3), а при прохождении в есте расположения постоянного магнита порного канала преобразователя 3 формиуется импульс Ез (эпюра 4). 25

После обнуления счетчика 4 импульсом, оступающим с генератора возбуждения 1, на его выходе данных устанавливается нуевой код, через мультиплексор 10 разревется прохождение зондирующего 30 мпульса F1. При прохождении импульса Fq врез мультиплексор 10 (эпюра 5) он постуает на счетный вход С первого двоичного четчика 4 и вход данных D первого триггеа 5. После этого на выходе счетчика 4 уста- 35 авливается код, разрешающий рохождение задержанного ультразвуковог импульса измерительного канала F.. При оявлении на входе данных О первого.триг. г ра 5 переднего фронта импульса F1 после 40 оступления первого счетного импульса с кварцевого генератора 6 на его счетный в од С на выходах триггера 5 появляется п рямой Q и инверсный сигнал О, по котороу начинается обсчет временных интерва- 45 л в, При этом при поступлении сигнала Q c в хода первого триггера 5 на счетный вход

6 второго триггера 7 предварительно устан вленный на инверсном выходе 0 сигна- 50 л м управления E с регистрирующего блока О -Da

9 положительный потенциал изменяется на

Ор н левой (эпюра 6).

При поступлении сигнала 0 с выхода т иггера 5 на вход разрешения записи СЕ 55 р гистра 11 записываются данные с выхода Оз — Ог в орого счетчика 8 в регистр данных 11

Г2 (э юра 8).

При поступлении сигнала 0 с выхода середина третьего импульса Ез т иггера 5 на вход прерывания RST регист.1838765

Ов — 04

Огз =

2 задержка зондирующего импульса в измерительном канале 5

От1 = DF2 — DF1 задержка зондирующего импульса в опорном канале: 10

От2 = О з — DF1, вычисляется уровень контролируемой среды

А, Т2 =A . От2

11 ОТ1

Вычисленное значение уровня контролируемой среды передается в выходной интерфейс 18 для индикации и формирования необходимых внешних сигналов сигнализа- 25 ций и управления.

После окончания расчета микропроцессор переходит в режим ожидания прерывания и при формировании следующего тактового импульса процесс повторяется, Таким образом, в предложенном уровнемере, как и в прототипе, происходит фиксация времени задержки зондирующего, импульса по середине импульса, что исключает влияние длительности зондирующего 5 . импульса на результат измерения, а o6pa- ботка информации происходит за один такт, ° что исключает динамическую погрешность., Длительность процесса вычисления прииспольэовании мйкропроцессора серии К1821 составляет несколько десятков микросекунд и длительность процесса измеренйя определяется только диапазоном измерения, 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 регистрирующему блоку, отличающийся тем, что в него введены первый и второй регистры данных,. соединенные с портами входного интерфейса регистрирующего блока, и мультиплексор, к первому, второму и третьему входам которого подключены соответственно выход излучающего и первый и второй выходы приемного ультразвукового преобразователей, выход муль иплексора соединен со счетным входом nepeoro двоичного счетчика, выход которого под-. ключен к управляющему входу мультиплекс сора, 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 соответственйо прямой и инаерсный 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 уп; равления регистрирующего блока.

1В38765 з.

Фиг. я

Составитель В.Внуковский

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М. Максимишинец

Р, едактор

П оизаодстаанно-издатеоьскии комбинат "Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина. и на. 101

ЗГаказ 2923

Тираж .Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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