SU972238A1 - Акустический уровнемер - Google Patents

Description

(54) АКУСТИЧЕСКИЙ УРОВНЕМЕР

1

Изобретение относитс  к ультразвуковым измерени м.

Известен ультразвуковой индикатор уровн , содержащий обратимый электроакустический преобразователь, генератор зондирующих импульсов, усилитель с детектором и триггер с интегрирующей цепочкой 1.

Недостатком указанного устройства  вл етс  низка  точность измерени .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  ультразвуковой индикатор уровн , содержащий генератор зондирующих импульсов и усилитель, подключенные к обратимому электроакустическому преобразователю, триггер, элемент сравнени , элемент обратной св зи и зар дно-разр дное устройство 2.

В элементе сравнени  этого уровнемера происходит сравнение импульса с триггера, длительность которого несет информацию об уровне, и импульса с одного из выходов элемента обратной св зи. Если длительность импульса из цепи обратной св зи не равна длительности импульса триггера, то возникает сигнал разбаланса, который при помощи зар дно-разр дного устройства повышает или понижает выходное напр жение, что, в свою очередь, измен ет длительность импульса на выходе элемента обратной св зи таким образом, что сигнал разбаланса уменьшаетс  и стремитс  к нулю.

Другой выход элемента обратной св зи (с которого снимаетс  пр моугольный импульс с длительностью, несколько меньшей длительности импульса, сравниваемого с триггером) подключен к входу усилител  так, 10 что запирает его на врем  действи  этого импульса, тем самым ограничива  воздействие импульсных помех на вход прибора и улучша  его помехоустойчивость.

,2 Обычно стробирующее «окно (т. е. интервал времени Т, когда усилитель открыт до по влени  эхо-сигнала) в известном уровнемере выбираетс  из соотношени  Т (0,02-0,5) tfnax. где tmax максимальное врем  задержки отраженного сигнала

20 (предел измерени ).

Уменьшение стробирующего «окна т дл  повышени  помехоустойчивости недопустимо, так как приводит к ухудшению динамических свойств прибора.

H;i акустические импульсные уровнемеры помимо импульсной (аддитивной) помехи воздействует мультипликативна  помеха, котора  выражаетс  в том, что полезный отраженный сигнал модулирован по амплитуде случайным процессом (имеет место флуктуаци  сигнала).

Кроме того, в известном уровнемере элемепг обратной св зи выполнен в виде преобразовател  напр жени  во временной интервал одновибратора и сумматора, в св зи с чем в погрешность прибора нар ду с погрсмнностью преобразовател  напр жени  во временной интервал входит также нестабильность одновибратора.

Цель изобретени  - повышение надежности и точности измерени  акустического уровнемера.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что акустический уровнемер снабжен двум  схемами совпадени  и фильтром нижних частот, а элемент обратной св зи вынолнен в виде генератора пилообразного напр жени , ограничител  и двух компараторов, причем выход усилител  через первую схему совпадени , триггер, фильтр нижних частот и вторую схему совпадени  подключен к входу зар дно-разр дного устройства, выход которого подключен к первым входа.м первогч ) и второго компараторов, вход генератора пилообразного напр жени  подключен к выходу генератора зондирующих импульсов, его выход подключен к второму входу первого ко.мпаратора и через ограничитель к второму входу второго компаратора, выход которого подключен к третьему входу элеAieirra сравнени , выход первого компаратора подключен к вторым входам элемента сравнени , первой схемы совпадени  и тригч;ра , при это.м второй вход второй схемы совпадени  и первый вход элемента сравнени  подключены к выходу усилител , а выход элемента сравнени  подключен к второму входу зар дно-разр дного устройства.

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого уровнемера; на фиг. 2 - эпюры напр жений .

Уровнемер содержит генератор 1 зондируюп1их и.м пульсов, электроакустический преобразователь 2, усилитель 3 и компенсационный преобразователь 4, который, в свою очередь, содержит элемент 5 сравнени , первую схему 6 совпадени , триггер 7, фильтр 8 нижних частот, вторую схему 9 совпадени , зар дно-разр дное устройство 10 и эле.мент

11обратной св зи, состо щий из генератора

12пилообразного напр жени , компараторов 13 и 14 и ограничительного элемента 15. Электроакустический преобразователь 2 расположен на резервуаре 16 с контролируемым .материалом. Выход зар дно-разр дного устройства 10  вл етс  выхо.аом уровнемера .

Генератор 1 вырабатывает зондирующие импульсы 17 (фиг. 2) с определенной частоТОЙ повторени , поступающие на электроакустический преобразователь 2. Отраженные от уровн  контролируемого материала импульсы 18 и импульсна  помеха 19, имеюща с  в акустическом тракте, поступают через усилитель 3 на схему 6 совпадени  компенсационного преобразовател  4. На второй вход схемы б подаетс  запирающий импульс 20 из цепи обратной св зи с длительностью tof При неизменной величине уровн  длительность tot равна времени t задержки отраженного импульса. Компенсационный преобразователь 4 вырабатывает выходной сигнал в виде напр жени  посто нного тока, пропорциональный времени задержки отраженного сигнала. С выхода схемы б совпадени  отраженные импульсы подаютс  на вход триггера 7, который был предварительно поставлен в рабочее состо ние задним фронтом импульса 20 из цепи 11 обратной св зи.

При неизменном уровне, когда длительность импульса 20 равна времени t задержки отраженного импульса, длительность импульса 21 на выходе триггера 7 практически равна нулю.

При изменении уровн  таким образом, что отраженный импульс зан л положение импульса 22, На выходе триггера 7 по вл етс  пр моугольный импульс 21 (сигнал разбаланса) с соответствующей длительностью , пропорциональной из.менению уровн . Этот импульс поступает на фильтр 8 нижних частот, который преобразует его в импульс 23. Импульс 23 с выхода фильтра 8 нижних частот поступает на один из входов схемы 9 совпадени , другой вход схемы 9 совпадени  подключен к выходу усилител  3 (однако может быть подключен и к выходу схемы б совпадени ).

На выходе схемы 9 совпадени  будет импульс 24 только в том случае, если на другой вход схемы 9 поступает отраженный сигнал 22 с выхода усилител  3, несущий информацию об уровне. В этом случае импульс 24 со схемы 9 совпадени  поступает на вход зар дно-разр дного устройства 10 и воздействует на него таким образом, что понижает на его выходе напр жение 25. Это выходное напр жение подаетс  на элемент 11 обратной св зи, а именно на основной компаратор 13, где оно сравниваетс  с линейнопадающим пилообразным напр жением 26, поступающим от генератора 12 пилообразного напр жени . В св зи с этим длительность импульса 20 на выходе компаратора 13 увеличиваетс , а длительность импульса 21 с триггера 7 уменьшаетс  и стремитс  к нулю .

При длительности импульса 21, близкой к нулю, длительность импульса 24 с выхода схемы 9 совпадени  также близка к нулю и изменение (уменьшение) выходного напр жени  прекращаетс .

Claims (2)

1. Если на уровнемер воздействует мультипликативна  помеха и амплитуда отраженного сигнала уменьшитс  до порога ограничени , то на выходе схемы 9 совпадени  не будет импульса 24, и, следовательно, выходное напр жение прибора не изменитс . Воздействие аддитивной помехи (по вление импульса 19 перед импульсом 22) не приводит к погрешности измерени , а вызывает лишь незначительное увеличение посто нной времени прибора. Выходное напр жение прибора подаетс  также на вспомогательный компаратор 14, где оно сравниваетс  с пилообразным напр жением 27 (поступаюш,им с выхода ограничительного элемента 15), амплитуда которого несколько меньше амплитуды напр жени  26 за счет ограничительного элемента 15 (например, цепочки диодов). Поэтому на выходе вспомогательного компаратора 14 имеет место пр моугольный импульс 28 длительностью ioc несколько меньше длительности toe импульса 20 с выхода компаратора 13. Импульсы 20 и 28 с выходов элемента 11 обратной св зи (с выходов компараторов 13 и 14) подаютс  на входы элемента 5 сравнени , тем самым ограничива  врем  пропускани  сигнала с выхода усилител  на вход зар дно-разр дного устройства 10. Врем  пропускани  акустического сигнала т (стробирующее «окно) выбираетс  из конкретных условий эксплуатации прибора и обычно лежит в пределах (0,02-0,05) tmax , где tmax - максимальное врем  задержки отраженного сигнала, т. е. предел измерени , так как стробирующее «окно формируетс  при помощи вспомогательного компаратора , импульс которого не участвует в формировании выходного сигнала, то нестабильность его, вызванна , например, нестабильностью ограничительного элемента, не вли ет на погрешность прибора. Если уровень изменилс  таким образом, что отраженный импульс зан л положение импульса 20, то этот импульс, попада  в стробирующее «окно, с выхода элемента 5 сравнени  поступает на вход зар дно-разр дного устройства 10 и воздействует на него таким образом, что повышает на его выходе напр жение 25. Повышение напр жени  25 на выходе прибора вызовет уменьшение длительности импульса 20 (и соответственно длительности импульса 28) в цепи элемента 11 обратной св зи. Уменьшение длительности импульса 20 будет происходить до тех пор, пока задний фронт импульса 20 не сравн етс  с передним фронтом отраженного импульса 29, т. е. до тех пор, пока не наступит динамическое равновесие след щей системы. Воздействие мультипликативной помехи на уровнемер (в случае уменьшени  амплитуды отраженного сигнала до порога ограничени ) не приведет к погрешности прибора, так как на выходе элемента 5 сравнени  импульса 29 не будет и, следовательно, напр жение на выходе зар дно-разр дного устройства останетс  без изменений. Воздействие аддитивной помехи (по вление импульсов 19 в стробирующем «окне) приведет в предлагаемом уровнемере к некоторой погрешности измерени , однако она на несколько ПОРЯДКОВ меньше, чем в известных . Таким образом, предлагаема  схема позвол ет повысить надежность предлагаемо|-о устройства и точность измерени  уровн . Формула изобретени  Акустический уровнемер, содержащий генератор зондирующих импульсов и усилитель , подключенные к обратимому электроакустическому преобразователю, триггер, элемент сравнени , элемент обратной св зи и зар дно-разр дное устройство, отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности и точности измерени , он снабжен двум  схемами совпадени  и фильтром нижних частот , а элемент обратной св зи выполнен в виде генератора пилообразного напр жени , ограничител  и двух компараторов, причем выход усилител  через первую схему совпадени , триггер, фильтр нижних частот и вторую схему совпадени  подключен к входу зар дно-разр дного устройства, выход которого подключен к первым входам первого и второго компараторов, вход генератора пилообразного напр жени  подключен к выходу генератора зондирующих импульсов, его выход подключен к второму входу первого компаратора и через ограничитель к второму входу второго компаратора, выход которого подключен к третьему входу элемепта сравнени , выход первого компаратора подключен к вторым входам элемента сравнени , первой схемы совпадени  и триггера, при этом второй вход второй схемы совпадени  и первый вход элемента сравнени  подключены к выходу усилител , а выход элемента сравнени  подключен к второму входу зар дно-разр дного устройства. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 262420, кл. G 01 F 23/28, 1968.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 396562, кл. G 01 F 23/28, 1971 (прототип ) .

   В - 7 -

   If

   Fli

   vi %

   ViVAl /-/

   Ji II

   - /(

   r