Способ контроля расстояния до объекта и устройство для его реализации

 

Изобретение относится к измерительной технике и могут быть использованы для контроля линейных размеров, а также в системах автоматического контроля, управления и регулирования параметров промышленных технологических процессов, например, при определении уровня хозяйственно-питьевой и технологической воды в резервуарах систем водоснабжения. В способе контроля расстояния определение значения расстояния до контролируемого объекта производят при однократном излучении зондирующего импульса. Устройство для контроля расстояния до объекта содержит два ультразвуковых преобразователя, размещенные вдоль линии, параллельной поверхности контролируемого объекта на базовом расстоянии друг от друга, генератор акустических импульсов, усилитель-формирователь, пять электронных ключей, два триггера, два ждущих мультивибратора и три счетчика. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля линейных размеров, а также в системах автоматического контроля, управления и регулирования параметров промышленных технологических процессов, например, при определении уровня хозяйственно-питьевой и технологической воды в резервуарах систем водоснабжения.

Известен способ контроля расстояния до объекта, заключающийся в том, что формируют информационный импульс длительностью, пропорциональной времени зондирования базового расстояния, используют данный импульс для автоматической регулировки частоты следования счетных импульсов, излучают акустический импульс в направлении поверхности контролируемого объекта, формируют последовательность информационных сигналов и определяют значение уровня по разности счетных импульсов, вырабатываемых в течение двух интервалов времени между информационными сигналами [1].

Устройство для реализации известного способа содержит ультразвуковой преобразователь, блок формирования счетных импульсов и блок формирования выходного сигнала с включением в состав последнего реверсивного счетчика.

Однако известный способ характеризуется недостаточной точностью измерения.

Известен способ контроля расстояния до объекта, предварительными операциями которого являются размещение первой плоскости излучения и плоскости регистрации на базовом расстоянии друг от друга вдоль линии, параллельной поверхности контролируемого объекта, и совмещение второй плоскости излучения с плоскостью регистрации, и который заключается в формировании первого зондирующего импульса в первой плоскости излучения, в переотражении первого зондирующего импульса плоскостью регистрации в направлении поверхности контролируемого объекта, в периодическом формировании зондирующих импульсов во второй плоскости излучения, в формировании первого информационного сигнала длительностью, равной интервалу времени, необходимому для прохождения первым зондирующим импульсом базового расстояния, в формировании второго информационного сигнала длительностью, равной интервалу времени, необходимому для проведения заданного количества регистраций зондирующих импульсов, в заполнении второго информационного сигнала счетными импульсами, для корректировки частоты следования которых используют первый информационный сигнал, и в считывании результатов контроля [2].

Известно устройство для реализации способа контроля расстояния до объекта, содержащее первый и второй ультразвуковые преобразователи, размещенные на базовом расстоянии друг от друга вдоль линии, параллельной поверхности контролируемого объекта, семь электронных ключей, к выходу первого из которых подключен первый ультразвуковой преобразователь, а к выходу второго - вход шестого электронного ключа и второй ультразвуковой преобразователь, генератор акустических импульсов, к выходу которого подключены вход первого, вход и запирающий вход второго электронных ключей, а вход подключен к выходу третьего электронного ключа, к выходу и отпирающему входу пятого электронного ключа, усилитель-формирователь, вход которого подключен к выходу шестого электронного ключа, а к выходу подключены вход четвертого и вход пятого электронных ключей, триггер, первый установочный вход которого подключен к выходу первого электронного ключа, ждущий мультивибратор, управляющий вход которого подключен к выходу триггера, первый установочный вход, объединенный со вторым установочным входом последнего, а также со входом и отпирающим входом седьмого электронного ключа, подключен к выходу пятого электронного ключа, а второй установочный вход объединен с запирающими входами третьего, четвертого, пятого и седьмого электронных ключей и с отпирающими входами первого и второго электронных ключей, первый счетчик, вход которого подключен к выходу ждущего мультивибратора, а вход сброса показаний - к выходу первого электронного ключа, и второй счетчик, вход которого, объединенный со входом третьего электронного ключа и с запирающим входом шестого электронного ключа, подключен к выходу седьмого электронного ключа, а к выходу подключен второй установочный вход ждущего мультивибратора.

Согласно известному способу значение расстояния до объекта определяют по отношению количества счетных импульсов и заданного количества регистраций зондирующих импульсов. Т.е. для определения указанного значения производят неоднократное переизлучение зондирующих импульсов, в то время, как коррекцию частоты следования счетных импульсов выполняют с использованием информации, полученной при зондировании базового расстояния лишь первым зондирующим импульсом. При непостоянстве температуры среды между второй плоскостью излучения и контролируемым объектом скорости распространения второго и последующих зондирующих импульсов будут отличаться друг от друга и от скорости распространения первого зондирующего импульса, что при постоянной частоте следования счетных импульсов приводит к снижению точности контроля.

Задача изобретения - повышение точности контроля.

Решение поставленной задача заключается в том, что в способе контроля расстояния до объекта, предварительной операцией которого является размещение плоскости излучения и плоскости регистрации на базовом расстоянии друг от друга вдоль линии, параллельной поверхности контролируемого объекта, и который заключается в формировании зондирующего импульса в плоскости излучения, в переотражении зондирующего импульса плоскостью регистрации в направлении поверхности контролируемого объекта, в формировании первого информационного сигнала длительностью, равной интервалу времени, необходимому для прохождения зондирующим импульсом базового расстояния, в формировании второго информационного сигнала, и в считывании результатов контроля, в момент первой регистрации зондирующего импульса приступают к формированию первой последовательности стандартных импульсов, второй информационный сигнал формируют в интервале времени между моментом первой регистрации зондирующего импульса и стандартным импульсом первой последовательности, которому предшествует момент второй регистрации зондирующего импульса, регистрируют стандартные импульсы первой последовательности, сформированные за время формирования второго информационного сигнала, и по их количеству производят предварительное определение значения расстояния до контролируемого объекта, формируют третий информационный сигнал длительностью, равной интервалу времени между моментом второй регистрации зондирующего импульса и стандартным импульсом первой последовательности, сформированным первым после момента второй регистрации зондирующего импульса и в момент формирования указанного импульса приступают к формированию второй последовательности стандартных импульсов с периодом следования, равным суммарному значению периода следования стандартных импульсов первой последовательности и длительности третьего информационного сигнала, регистрируют стандартные импульсы первой последовательности, сформированные за время формирования десяти периодов второй последовательности стандартных импульсов, и по их количеству судят о величине поправки к предварительно определенному значению расстояния до контролируемого объекта, при этом, первый информационный сигнал используют для корректировки периодов следования первой и второй последовательности стандартных импульсов.

При этом, относительно устройства для реализации способа контроля расстояния до объекта, содержащего первый и второй ультразвуковые преобразователи, размещенные на базовом расстоянии друг от друга вдоль линии, параллельной поверхности контролируемого объекта, пять электронных ключей, генератор акустических импульсов, усилитель-формирователь, первый триггер, первый ждущий мультивибратор, управляющий вход которого подключен к выходу первого триггера, а первый установочный вход объединен со вторым установочным входом первого триггера, первый и второй счетчики, поставленная задача решается тем, что в его состав включены второй триггер, второй ждущий мультивибратор и третий счетчик, вход которого подключен к выходу второго ждущего мультивибратора, первый ультразвуковой преобразователь подключен к первому выходу генератора акустических импульсов, ко второму ультразвуковому преобразователю подключен вход усилителя-формирователя, первый установочный вход первого триггера подключен ко второму выходу генератора акустических импульсов, а второй установочный вход, объединен с запирающим входом первого электронного ключа, с отпирающими входами второго и третьего электронных ключей и подключен к выходу первого электронного ключа, первый установочный вход второго триггера объединен с запирающим входом второго электронного ключа, с отпирающим входам первого электронного ключа, с отпирающим входом четвертого электронного ключа и подключен к выходу второго электронного ключа, второй установочный вход второго триггера объединен с запирающими входами третьего и четвертого электронный ключей, с отпирающим входом пятого электронного ключа, с первым установочным входом второго ждущего мультивибратора и подключен к выходу четвертого электронного ключа, второй установочный вход первого ждущего мультивибратора объединен со вторым установочным входом второго ждущего мультивибратора, с возбуждающим входом генератора акустических импульсов, с запирающим входом пятого электронного ключа, со входом сброса показаний первого счетчика, со входом вброса показаний второго счетчика и подключен к выходу третьего счетчика, объединенный вход первого и второго электронных ключей подключен к выходу усилителя-формирователя, объединенный вход третьего, четвертого и пятого электронных ключей подключен к выходу первого ждущего мультивибратора, вход первого счетчика подключен к выходу третьего электронного ключа, вход второго счетчика подключен к выходу пятого электронного ключа, первый управляющий вход ждущего мультивибратора подключен к выходу первого триггера, а второй управляющий вход второго ждущего мультивибратора подключен к выходу второго триггера.

На фиг. 1 представлена схема устройства для реализации способа контроля расстояния до объекта; на фиг. 2 - временные диаграммы.

Устройство содержит первый и второй ультразвуковые преобразователи 1 и 2, размещенные вдоль линии, параллельной поверхности контролируемого объекта 3 на базовом расстоянии L друг от друга, генератор 4 акустических импульсов, усилитель-формирователь 5, электронные ключи 6-10, первый и второй триггеры 11 и 12, первый и второй ждущие мультивибраторы 13 и 14, и счетчики 15, 16 и 17 (фиг. 1).

Способ заключается в следующем.

Предварительной операцией предлагаемого способа контроля является размещение плоскости излучения зондирующего импульса 17 (фиг. 2) и плоскости его регистрации на базовом расстоянии друг от друга вдоль линии, параллельной поверхности контролируемого объекта 3. Базовое расстояние задается первым и вторым ультразвуковыми преобразователями 1 и 2 (фиг. 1).

Процесс контроля расстояния L_x до объекта 3 начинается в момент возбуждения первого ультразвукового преобразователя 1 электрическим импульсом 20 с первого выхода генератора 4 акустических импульсов. Одновременно импульс 20 со второго выхода генератора 4 поступает на первый установочный вход первого триггера 11. Триггер 11 запускается и на объединенный управляющий вход первого и второго ждущих мультивибраторов 13 и 14 начнет поступать первый информационный сигнал 23. Длительность T формируемого триггером 11 сигнала 23 выбирают равной интервалу времени, необходимому для прохождения зондирующим импульсом 17 базового расстояния L и используют для приведения (корректировки) периодов T₁ и T₂ следования стандартных импульсов 25-42 и 43-52 со значением скорости распространения зондирующего импульса 17.

Спустя время T после излучения зондирующий импульс 17 в виде акустического сигнала 18 достигает плоскость регистрации (рабочую поверхность ультразвукового преобразователя 2) и переотражается ею в направлении поверхности контролируемого объекта 3. При этом преобразователем 2 производится первая регистрация зондирующего импульса. Соответствующий акустическому импульсу 18 и определяющий передний фронт второго информационного сигнала электрический импульс 21 с выхода усилителя-формирователя 5 через открытый в исходном состоянии первый электронный ключ 6 поступает на второй установочный вход первого триггера 11 и останавливает его работу. Формирование первого информационного сигнала 23 прекращается. Кроме того, импульс 21 запирает за собой ключ 6, отпирает второй и третий электронные ключи 7 и 8, и поступает на первый установочный вход первого ждущего мультивибратора 13, первая последовательность стандартных импульсов 25-42 которого через электронный ключ 8 начинает поступать на вход первого счетчика 15.

Спустя время T_x, необходимое для прохождения зондирующим импульсом 17 расстояния L_x от ультразвукового преобразователя 2 до поверхности объекта 3 и повторного прохождения расстояния L_x в обратном направлении, преобразователь 2 производит вторую регистрацию зондирующего импульса 17, достигшего рабочую поверхность преобразователя 2 в виде акустического сигнала 19. Соответствующий сигналу 19 электрический импульс 22 с выхода усилителя-формирователя 5 проходит открытый импульсом 21 второй электронный ключ 7, запирает его за собой, возвращает в исходное состояние первый ключ 6 и запускает второй триггер 12. Триггер 12 предназначен для формирования третьего информационного сигнала 24 длительностью T₃, равной интервалу времени между моментом формирования электрического импульса 22 и стандартным импульсом 29, сформированным первым после регистрации акустического импульса 19.

В момент регистрации акустического импульса 19 электрический импульс 22 поступает также на отпирающий вход четвертого электронного ключа 9, через который стандартный импульс 29 ждущего мультивибратора 13 закроет за собой ключи 8 и 9, и откроет пятый электронный ключ 10. В результате вход первого счетчика 15 отключается от выхода мультивибратора 13 и стандартные импульсы 30-42 последнего через ключ 10 начнут поступать на вход второго счетчика 16. Кроме того, определяющий задний фронт второго информационного сигнала стандартный импульс 29 через ключ 9 остановит работу триггера 12 и запусти второй ждущий мультивибратор 14. Мультивибратор 14 начнет вырабатывать вторую последовательность стандартных импульсов 43-52.

Согласно предлагаемому способу период T₂ следования стандартных импульсов 43-52 должен быть равен суммарному значению периода T₁ первой последовательности стандартных импульсов 25-42 и длительности T₃ третьего информационного сигнала 24. С этой целью выход триггера 12 подключен ко второму управляющему входу ждущего мультивибратора 14, поступая на который сигнал 24 увеличивает период следования стандартных импульсов 43-52 до значения T₂.

Емкость третьего счетчика 17, подключенного ко входу ждущего мультивибратора 14, выбирают равной десяти, поэтому в момент регистрации импульса 52 (десятого по порядковому номеру стандартного импульса второй последовательности) на выходе счетчика 17 сформируется импульс 53 переполнения. Данный импульс остановит работу ждущих мультивибраторов 13 и 14, сбросит показания счетчиков 15 и 16, возвратит в исходное состояние пятый электронный ключ 10 и с целью излучения ультразвуковым преобразователем 1 очередного зондирующего импульса 17 поступит на возбуждающий вход генератора 4. Начинается следующий цикл измерения расстояния L_x до объекта 3. О расстоянии L_x, пропорциональном по значению длительности T_x, в конце каждого цикла измерения судят по показаниям счетчиков 15 и 16. При этом, по первому счетчику 15 производят предварительное (грубое) определение значения расстояния L_x, а по второму счетчику 16 определяют величину поправки T₃ к показаниям счетчика 15.

Значение T₃, равное разности значений длительности (N₁+1)T₁ второго информационного сигнала и T_x, пропорционально количеству "N" стандартных импульсов 40-42, формируемых ждущим мультивибратором 13 в интервале времени N₂T₁, которое, в свою очередь, равно разности значений 10T₂ и 10T₁. Поэтому, если емкость второго счетчика 16 выбирать равной десяти, то один стандартный импульс второй последовательности, регистрируемый в интервале времени N₂T₁, будет соответствовать значению поправки, равной 0,1T₁.

Для приведенного на фиг. 2 частного случая первый счетчик 15 зарегистрирует пять стандартных импульсов 25-29 первой последовательности, а за время N₂T₁ на вход второго счетчика 16 поступят три стандартных импульса 40-42 второй последовательности. Следовательно, N₁T₁ равно 4T₁, а T₃ равно 0,3T₁, т. е. T_x, пропорциональное значению расстояния L_x до контролируемого объекта 3, равно 4,7T₁.

Таким образом, по сравнению с прототипом в предлагаемом способе определение значения расстояния до контролируемого объекта производится при однократном излучении зондирующего импульса, что позволяет повысить точность контроля.

Литература: 1. Авт. св. СССР N 1048322, кл. G 01 F 23/28, 1983.

2. Авт. св. СССР N 1180691, кл. G 01 B 17/02, 1985.1

Формула изобретения

1. Способ контроля расстояния до объекта, предварительной операцией которого является размещение плоскости излучения и плоскости регистрации на базовом расстоянии друг от друга вдоль линии, параллельной поверхности контролируемого объекта, и который заключается в формировании зондирующего импульса в плоскости излучения, в переотражении зондирующего импульса плоскостью регистрации в направлении поверхности контролируемого объекта, в формировании первого информационного сигнала длительностью, равной интервалу времени, необходимому для прохождения зондирующим импульсом базового расстояния, в формировании второго информационного сигнала, и в считывании результатов контроля, отличающийся тем, что в момент первой регистрации зондирующего импульса приступают к формированию первой последовательности стандартных импульсов, второй информационный сигнал формируют в интервале времени между моментом первой регистрации зондирующего импульса и стандартным импульсом первой последовательности, которому предшествует момент второй регистрации зондирующего импульса, регистрируют стандартные импульсы первой последовательности, сформированные за время формирования второго информационного сигнала, и по их количеству производят предварительное определение значения расстояния до контролируемого объекта, формируют третий информационный сигнал длительностью, равной интервалу времени между моментом второй регистрации зондирующего импульса и стандартным импульсом первой последовательности, сформированным первым после момента второй регистрации зондирующего импульса, и в момент формирования импульса приступают к формированию второй последовательности стандартных импульсов с периодом следования, равным суммарному значению периода следования стандартных импульсов первой последовательности и длительности третьего информационного сигнала, регистрируют стандартные импульсы первой последовательности, сформированные за время формирования десяти периодов второй последовательности стандартных импульсов, и по их количеству судят о величине поправки к предварительно определенному значению расстояния до контролируемого объекта, при этом первый информационный сигнал используют для корректировки периодов следования первой и второй последовательностей стандартных импульсов.

2. Устройство для реализации способа контроля расстояния до объекта, содержащее первый и второй ультразвуковые преобразователи, размещенные на базовом расстоянии друг от друга вдоль линии, параллельной поверхности контролируемого объекта, пять электронных ключей, генератор акустических импульсов, усилитель-формирователь, первый триггер, первый ждущий мультивибратор, управляющий вход которого подключен к выходу первого триггера, а первый установочный вход объединен с вторым установочным входом первого триггера, первый и второй счетчики, отличающееся тем, что в его состав включены второй триггер, второй ждущий мультивибратор и третий счетчик, вход которого подключен к выходу второго ждущего мультивибратора, первый ультразвуковой преобразователь подключен к первому выходу генератора акустических импульсов, к второму ультразвуковому преобразователю подключен вход усилителя-формирователя, первый установочный вход первого триггера подключен к второму выходу генератора акустических импульсов, а второй установочный вход объединен с запирающим входом первого электронного ключа, с отпирающими входами второго и третьего электронных ключей и подключен к выходу первого электронного ключа, первый установочный вход второго триггера объединен с запирающим входом второго электронного ключа, с отпирающим входом первого электронного ключа, с отпирающим входом четвертого электронного ключа и подключен к выходу второго электронного ключа, второй установочный вход второго триггера объединен с запирающими входами третьего и четвертого электронных ключей, с отпирающим входом пятого электронного ключа, с первым установочным входом второго ждущего мультивибратора и подключен к выходу четвертого электронного ключа, второй установочный вход первого ждущего мультивибратора объединен с вторым установочным входом второго ждущего мультивибратора, с возбуждающим входом генератора акустических импульсов, с запирающим входом пятого электронного ключа, с входом сброса показаний первого счетчика, с входом сброса показаний второго счетчика и подключен к выходу третьего счетчика, объединенный вход первого и второго электронных ключей подключен к выходу усилителя-формирователя, объединенный вход третьего, четвертого и пятого электронных ключей подключен к выходу первого ждущего мультивибратора, вход первого счетчика подключен к выходу третьего электронного ключа, вход второго счетчика подключен к выходу пятого электронного ключа, первый управляющий вход второго ждущего мультивибратора подключен к выходу первого триггера, а второй управляющий вход второго ждущего мультивибратора подключен к выходу второго триггера.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2