устройство дискретного контроля уровня кусковых материалов в подземной емкости

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДИСКРЕТНОГО КОНТРОЛЯ УРОВНЯ КУСКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ В ПОДЗЕМНОЙ ЕМКОСТИ, содержащее два датчика сейсмических колебаний, измерительный блок, состоящий из первого и второго формирователей импульсов, входы которых являются входами измерительного блока, генератора тактовых импульсов, делителя частоты, регистра сдвига, элементов совпадения, счетчиков, блока запоминания и обработки результатов, вход которого подключен к выходам счетчиков, причем выход первого формирователя импульсов подключен к информационному входу регистра сдвига, выход второго формирователя импульсов подключен к первому входу первого элемента совпадения, выход генератора тактовых импульсов подключен к второму входу первого элемента совпадения и к тактовому входу регистра сдвига, вторые входы остальных элементов совпадения подключены к выходу первого элемента совпадения, а их выходы подключены к счетным входам счетчиков, выходы переполнения которых подключены к соответствующим входам многовходового элемента ИЛИ, а первый и второй датчики сейсмических колебаний подключены к первому и второму входам измерительного блока соответственно и пространственно разнесены один от другого, отличающееся тем, что, с целью повышения разрешающей способности, в него введены m-канальный коммутатор выходов регистра сдвигов, m-входовые элементы ИЛИ, блок управления с двумя информационными входами, группы счетчиков и связанные с ними элементы совпадения, первые входы элементов совпадения первой группы соединены с выходами регистра сдвига через m-входовые элементы ИЛИ, первые входы элементов совпадения второй группы соединены с выходами регистра сдвига через m-канальный коммутатор, а их вторые входы соединены с выходом первого элемента совпадения, третьи входы элементов совпадения первой и второй группы соединены соответственно с первым и вторым выходами блока управления, третий выход которого подключен к входу управления блока запоминания и обработки, четвертый выход подключен к входам обнуления всех счетчиков, а адресный выход подключен к адресному входу коммутатора и первому информационному входу блока запоминания и обработки, второй информационный вход которого соединен с выходами переполнения второй группы счетчиков, вход синхронизации блока управления подключен к генератору, а второй информационный вход подключен к выходам переполнения счетчиков второй группы, при этом число счетчиков и связанных с ними элементов совпадения в первой группе выбрано равным n, во второй группе выбрано равным m, а число дискретных значений контролируемого уровня выбрано равным m n.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления содержит запоминающий регистр, распределитель импульсов, элементы совпадения, инверторы и элементы ИЛИ, два из которых подключены входами к первому и второму информационным входам блока управления, а выходами подключены к входам первого элемента совпадения и через инверторы к первому и второму выходам блока управления соответственно, информационный вход регистра соединен с первым информационным входом блока управления, а выход - с его адресным выходом, первый вход второго элемента совпадения соединен с входом синхронизации блока управления, а второй вход подключен через третий элемент ИЛИ к выходу первого элемента совпадения, выход второго элемента совпадения соединен с входом распределителя импульсов, первый выход которого подключен к третьему выходу блока управления, второй выход подключен к входу управления регистра, а третий выход подключен к второму входу третьего элемента ИЛИ и четвертому выходу блока управления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в горнодобывающей, металлургической, химической и других отраслях промышленности для автоматического контроля уровня кусковых материалов, например, горной массы в подземных емкостях.

Известно устройство контроля уровня кусковых материалов в подземных емкостях, содержащее датчики акустических колебаний, размещенные в верхней и нижней частях емкости, механически связанные с ней и подключенные через усилители к измерительному блоку, включающему формирователи прямоугольных импульсов, выходы которых через инверторы соединены с входами четырехвходовой схемы совпадения и через элементы "Запрет" - с входами формирователей стандартных сигналов начала и окончания падения материала, причем выход первого соединен с входами двух триггеров управления и входом установки счетчика в исходное состояние, выход второго формирователя соединен через первую двухвходовую схему совпадения с входом третьего триггера и через схему ИЛИ - с вторым входом второго триггера, выход которого соединен с управляющим входом второй двухвходовой схемы совпадения, через которую генератор импульсов соединен со счетчиком, а выходы первого и третьего триггеров управления соединены с вторыми входами схем "Запрет" и входами четырехходовой схемы совпадения, выход которой подключен к вторым входам этих триггеров.

Указанное устройство обладает низкой разрешающей способностью, так как для измерения времени падения материала, определяющего высоту контролируемого уровня, используется квантующая последовательность импульсов с постоянным периодом, причем результат числоимпульсного измерения дополнительно искажается неточным отсчетом начала и окончания измерения, обусловленным неидентичностью формы сигналов от верхнего и нижнего датчиков.

Наиболее близким по технической сущности к данному устройству является 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, причем датики расположены на разном расстоянии от подземной емкости, а измерительный блок состоит из первого и второго формирователя 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, счетчиков, 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 запуска второго одновибратора, выход которого подключен через инвертор к первому входу многовходового 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 совпадения, второй вход которого подключен к сигнальному выходу решающего устройства, третий вход третьего элемента совпадения подключен к выходу первого одновибратора, выход второго формирователя подключен к второму входу второго элемента совпадения и к первому входу первого элемента совпадения, и при этом также выход генератора подключен к третьему входу второго элемента совпадения и через делитель частоты - к тактовому входу регистра сдвига, выходы которого подключены к первым входам оставшихся элементов совпадения, вторые входы которых подключены к выходу второго элемента совпадения, а выходы подключены к счетным входам счетчиков, выходы переполнения которых подключены к различным входам многовходового элемента ИЛИ, причем, информационные выходы счетчиков подключены к информационным входам решающего устройства, а выход третьего элемента совпадения подключен к входам обнуления счетчиков и к второму входу первого элемента совпадения.

Недостатком данного устройства является низкая разрешающая способность, которая определяется числом счетчиков и числом связанных с ними элементов совпадения. Увеличение разрешающей способности (т. е. числа дискретных значений высоты уровня, различаемых устройством) в нем невозможно без соответствующего увеличения числа указанных элементов совпадения и счетчиков.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности устройства путем параллельного измерения взаимного сдвига входных сигналов в разных масштабах времени и уменьшение за счет этого погрешности результата измерения.

Цель достигается тем, что в устройство дискретного контроля уровня кусковых материалов в подземных емкостях, содержащее два датчика сейсмических колебаний, связанных механически через тело горного массива с емкостью, подключенных к измерительному блоку и расположенных на разном расстоянии от подземной емкости, измерительный блок, состоящий из первого и второго формирователей импульсов, входы которых подключены через первый и второй входы измерительного блока к первому и второму датчикам сейсмических колебаний, генератора тактовых импульсов, делителя частоты, регистра сдвига, элементов совпадения, счетчиков, блока запоминания и обработки результатов, подключенного к выходам счетчиков, причем выход первого формирователя подключен к информационному входу регистра сдвига, выход второго формирователя подключен к первому входу первого элемента совпадения, выход генератора подключен к второму входу первого элемента совпадения и к тактовому входу регистра сдвига, вторые входы оставшихся элементов совпадения подключены к выходу первого элемента совпадения, а их выходы - к счетным входам счетчиков, выходы переполнения которых подключены к различным входам многовходового элемента ИЛИ, введены m-канальный коммутатор выходов регистра сдвига, m-входовые элементы ИЛИ и блок управления с двумя информационными входами, счетчики и связанные с ними элементы совпадения разделены на две группы, первые входы элементов совпадения первой группы связаны с выходами регистра сдвига через m-входовые элементы ИЛИ, второй группы - с выходами регистра сдвига через m-канальный коммутатор, вторые входы элементов совпадения второй группы - с выходом первого элемента совпадения, а третьи входы первой и второй групп элементов совпадения - с первым и вторым выходами блока управления, который подключен свим третьим выходом к входу управления блока запоминания и обработки, четвертым выходом - к входам обнуления всех счетчиков, адресным выходом - к адресному входу коммутатора и первому информационному входу блока запоминания и обработки, второй информационный вход которого соединен с выходами переполнения второй группы счетчиков, вход синхронизации блока управления подключен к генератору, а второй информационный вход - к выходам переполнения счетчиков второй группы, при этом число счетчиков и связанных с ними элементов совпадения в первой группе равно n, во второй группе m, а число дискретных значений контролируемого уровня равно произведению mn. Кроме того, блок управления содержит запоминающий регистр, распределитель импульсов, элементы совпадения, инверторы и элементы ИЛИ, два из которых подключены входами к первому и второму информационным входам блока управления, а выходами - к входам первого элемента совпадения и через инверторы соответственно к первому и второму выходам блока управления, информационный вход регистра соединен с первым информационным входом блока управления, а выход - с его адресным выходом, один вход второго элемента совпадения связан с входом синхронизации блока управления, другой вход через третий элемент ИЛИ - с выходом первого элемента совпадения, а его выход - с входом распределителя импульсов, нулевой выход которого отключен, первый выход подключен к третьему выходу блока управления, второй выход - к входу управления регистра, третий выход - к второму входу третьего элемента ИЛИ и четвертому выходу блока управления.

На фиг. 1а схематично показан вертикальный разрез подземной емкости и размещение датчиков; на фиг. 1б - график функциональной зависимости между высотой z контролируемого уровня и величиной сдвига сигнала отдаленного от емкости датчика относительно сигнала ближнего датчика; на фиг. 2 - схема предложенного устройства; на фиг. 3 - пример распределения импульсов по дискретным интервалам задержки опережающего сигнала.

Подземная емкость 1, в которой накапливается кусковой материал 2, соединена своим верхним сечением с горной выработкой 3, из которой производится загрузка материала, а нижним сечением - с выработкой 4, где производится выгрузка материала из емкости. В горной выработке 4 размещены датчики 5 и 6, причем первый из них установлен непосредственно возле основания емкости 1, а второй отдален от нее. Датчики связаны механически через тело горного массива емкостью 1, а электрически соединены с измерительным блоком.

Кроме датчиков 5 и 6, устройство контроля уровня содержит подключенные к ним формирователи 7 и 8 прямоугольных импульсов (выполненные, например, в виде усилителя и триггера Шмитта), генератор 9 импульсов, подключенный непосредственно или через делитель частоты к тактовому входу регистра 10 сдвига, который связан информационным входом с формирователем 7, элемент 11 совпадения, соединенный входами с формирователем 8 и генератором 9, при этом разрядные выходы регистра 10, разделенные на n групп по m выходов в каждой из них, соединены с входами m-канального коммутатора 12 и через m-входовые элементы ИЛИ 13 - с первыми входами первой группы элементов 14 совпадения, подключенных своими вторыми входами к выходу элемента 11 совпадения, а выходами - к счетным входам первой группы счетчиков 15, вторую группу из m элементов 16 совпадения, подключенных первыми входами к m выходам коммутатора 12, вторыми входами - к выходу элемента 11 совпадения, а выходами - к счетным входам второй группы счетчиков 17, блок 18 запоминания и обработки результатов измерений, соединенный вторым информационным входом с выходами переполнения счетчиков 17, и блок 19 управления. При этом блок 19 управления содержит запоминающий регистр 20, информационные входы которого, объединенные с входами элемента ИЛИ 21, подключены через первый информационный вход блока 19 к выходам переполнения счетчиков 15, а его информационный выход через адресный выход блока 19 - к адресному входу коммутатора 12 и первому информационному входу блока 18, выход элемента ИЛИ 21 соединен через инвертор 22 и первый выход управления блока 19 с третьими входами элементов 14 совпадения, элемент ИЛИ 23, связанный входами через второй информационный вход блока 19 с выходами переполнения счетчиков 17, а своим выходом через инвертор 24 и второй выход управления блока 19 - с третьими входами элементов 16 совпадения, элемент 25 совпадения, подключенный входами к выходам элементов ИЛИ 21 и 23, а выходом через элемент ИЛИ 26 - к входу элемента 27 совпадения, который соединен вторым входом через вход синхронизации блока 19 с генератором 9, и распределитель 28 импульсов (выполненный, например, в виде кольцевого четырехразрядного счетчика), подключенный входом к выходу элемента 27 совпадения, первым выходом через третий выход блока 19 - к входу управления блока 18, вторым выходом - к входу управления регистра 20, третьим выходом - к входу элемента ИЛИ 26 и через четвертый выход блока 19 - к входам установки исходного состояния счетчиков 15 и 17 (нулевой выход распределителя 28 не задействован, при необходимости может быть подключен к входу разрешения коммутатора 12). Коммутатор 12 состоит из n групп элементов 29 совпадения, по m элементов в каждой группе, и элементов ИЛИ 30. Первые входы элементов 29 совпадения подключены через информационные входы коммутатора 12 к выходам регистра 10 сдвига, вторые входы через адресный вход коммутатора 12 и адресный выход блока 19 - к информационному выходу регистра 20, а их выходы через m элементов ИЛИ 30 и выход коммутатора 12 - к первым входам элементов 16 совпадения. При необходимости элементы 29 совпадения могут иметь третьи входы, подключенные к входу разрешения коммутатора 12. Номера групп элементов 29 совпадения и номера этих элементов в каждой группе совпадают соответственно с номерами соединенных с ними групп выходов регистра 10 сдвига и номерами этих выходов в группах.

Устройство работает следующим образом.

При загрузке материала 2 в подземную емкость 1 возникают удары его отдельных кусков и порций о поверхность накопленного материала на уровне точки А (фиг. 1а). Эти удары вызывают сейсмические колебания, которые распространяются в горном массиве, окружающем емкость 1, и возбуждают в датчиках 5 и 6 электрические сигналы. В приближенном к емкости датчике 5 сигналы появляются раньше, чем в отдаленном датчике 6. Величина сдвига сигналов во времени, определяемая разностью хода сейсмических лучей через тело горного массива от точки А до датчиков 5 и 6, функционально связана с высотой z контролируемого уровня материала. Чем меньше эта высота, тем больше разность хода сейсмических лучей и соответственно больше величина запаздывания сигнала отдаленного датчика 6 относително 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 то же время полезные сигналы физически взаимосвязаны между собой временем запаздывания сигнала отделенного датчика 6 относительно сигнала ближнего датчика 5. Благодаря этой взаимосвязи устройством измеряется величина путем совместной обработки коррелированных сигналов, поступающих от датчиков 5 и 6 в виде их смеси с помехами.

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 "1". 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 ослабления высокочастотных составляющих.

С выхода формирователя 7 сигналы поступают на информационный вход регистра 10 сдвига, на котором осуществляется их дискретизация по времени и задержка с шагом дискретности, равным периоду Т тактовых импульсов, поступающих на тактовый вход регистра 10 от генератора 9 непосредственно или через делитель частоты. При наличии на информационном входе единичного сигнала в регистре 10 записываются единицы, а в интервалах между ними - нули. По мере продвижения по регистру 10 сигналы с уровнями логических единиц и нулей последовательно появляются на выходе каждого разряда регистра, откуда поступают через элементы ИЛИ 13 на первые входы элементов 14 совпадения. Кроме того, эти сигналы поступают также на первые входы элементов 16 совпадения через коммутатор 12 с той группы выходов регистра 10, номер которой соответствует коду адреса, подаваемому на адресный вход коммутатора 12 с адресного выхода блока 19 управления. На вторые входы элементов 14 и 16 совпадения поступают единичные сигналы от формирователя 8 через элемент 11 совпадения, на котором осуществляется их дискретизация по времени с частотой генератора 9. При наличии на третьих входах элементов 14 и 16 совпадения единичных сигналов, подаваемых соответственно с первого и второго выходов блока 19 управления, на их выходах появляются серии импульсов, подсчитываемых счетчиками 15 и 17. С наибольшей интенсивностью (средним числом импульсов за единицу времени) поступают импульсы на тот счетчик, номер которого совпадает с числом тактов задержки на регистре 10 опережающего сигнала от датчика 5 до момента его совпадения с одноименным сигналом от датчика 6. Этот счетчик переполнится раньше, чем остальные в данной группе счетчиков.

Входные сигналы от датчиков 5 и 6 представляют собой кратковременые (импульсы) случайные процессы, которые, в свою очередь, состоят из множества одиночных импульсов, вызванных ударами отдельных кусков и порций падающего в емкость материала. Их амплитудный спектр сплошной и сосредоточен, в основном, в области низких частот (близких к нулевой частоте). Благодаря этому дискретизация входного сигнала от датчика 5 осуществляется на регистре 10 и элементах ИЛИ 13 с доcтаточно большим шагом дискретности, при котором производится "грубая" оценка величины временного сдвига сигналов посредством первой группы элементов 14 совпадения и счетчиков 15, число которых равно n. Эту оценку дает номер переполненного счетчика 15, определяющий число тактов длительностью mТ, на которое сигнал от датчика 5 задерживается до совпадения с сигналом от датчика 6.

С помощью второй группы элементов 16 совпадения и счетчиков 17 осуществляется "точная" оценка величины сдвига сигналов путем измерения величины дополнительной задержки опережающего сигнала на регистре 10 с шагом дискретности, равным Т. Величину дополнительной задержки сигнала определяет номер переполненного счетчика 17.

Единичный сигнал с выхода переполнения счетчика 15 поступает через первый информационный вход блока 19 управления на информационный вход запоминающего регистра 20 и на элемент ИЛИ 21. С выхода элемента ИЛИ 21 сигнал подается на первый вход элемента 25 совпадения и, кроме того, через инвертор 22 и первый выход управления блока 19 - на третьи входы элементов 14 совпадения. Нулевым сигналом, поступающим с инвертора 22, элементы 14 совпадения закрываются, благодаря чему прекращается дальнейшее прохождение импульсов через них на счетчики 15 и фиксируется состояние этих счетчиков, при котором сохраняется единичный сигнал на выходе переполнения одного из них. В регистре 20 на данном цикле измерения хранится код счетчика 15, переполненного в предыдущем цикле. Этот код поступает с выхода регистра 20 через адресный выход блока 19 на адресный вход коммутатора 12 и на первый информационный вход блока 18 запоминания и обработки результатов измерений.

Сигналы с выходов регистра 10 сдвига передаются на m выходов коммутатора 12 только через ту группу элементов 29 совпадения, порядковый номер которой соответствует коду, поступающему на адресный вход коммутатора 12 с адресного выхода блока 19 управления. При использовании единичного позиционного кода, в котором число выражается порядковым номером элемента кода, одновременно могут быть открыты элементы 29 совпадения только одной из n групп (число групп элементов 29 совпадения в данном случае равно числу элементов кода, т. е. числу счетчиков 15). Через соответствующую группу элементов 29 совпадения, открытых единичным сигналом с выхода регистра 20, сигналы с группы выходов регистра 10 сдвига поступают на первые входы элементов 16 совпадения через элементы ИЛИ 30, объединяющие выходы одноименных элементов 29 совпадения от каждой группы. Тем самым на входы элементов 16 совпадения подаются сигналы с такой дополнительной задержкой, при которой интенсивность поступления импульсов на счетчики 17 максимальна.

В момент переполнения одного из счетчиков 17 единичный сигнал с выхода переполнения этого счетчика поступает на второй информационный вход блока 18 и через второй информационный вход блока 19 - на элемент ИЛИ 23. С выхода элемента ИЛИ 23 сигнал подается на второй вход элемента 25 совпадения и, кроме того, через инвертор 24 и второй выход блока 19 - на третьи входы элементов 16 совпадения. Нулевым сигналом с выхода инвертора 24 элементы 16 совпадения закрываются, поэтому дальнейшее прохождение импульсов через них на счетчики 17 прекращается и тем самым фиксируется их состояние, при котором сохраняется единичный сигнал переполнения на выходе одного из счетчиков 17. Очередность поступления сигналов переполнения со счетчиков 15 и 17 может быть любой. При наличии единичных сигналов на обоих входах элемента 25 совпадения сигнал с его выхода подается через элемент ИЛИ 26 на вход управления элемента 27 совпадения, через который на вход распределителя 28 импульсов начинают поступать импульсы от генератора 9, подаваемые через вход синхронизации блока 19.

В исходном состоянии распределителя 28 импульсов единичный сигнал присутствует только на его нулевом выходе, который отключен (сигнал с нулевого выхода может подаваться на вход разрешения коммутатора 12 при наличии такого входа). С приходом первого тактового импульса единичный сигнал на нулевом выходе исчезает и появляется на первом выходе распределителя 28, откуда он поступает через третий выход блока 19 на вход управления блока 18 запоминания и обработки. Этим сигналом в блоке 18 записываются коды номеров переполненных счетчиков 15 и 17, присутствующие на его первом и втором информационных входах.

Вторым тактовым импульсом распределитель 28 переводится в состояние, при котором единичный сигнал появляется только на его втором выходе, откуда подается на вход управления запоминающего регистра 20. При этом в регисре 20 записывается код номера переполненного счетчика 15, присутствующий на входе этого регистра.

С поступлением третьего тактового импульса единичный сигнал появляется только на третьем выходе распределителя 28. Этим сигналом через элемент ИЛИ 26 поддерживается открытое состояние элемента 27 совпадения до завершения цикла и, кроме того, через четвертый выход блока 19 устанавливаются в исходное состояние счетчики 15 и 17. Единичные сигналы на выходах переполнения счетчиков 15 и 17 исчезают, поэтому сигнал на выходе элемента 25 совпадения становится нулевым, а на выходах интерваторов 22 и 24 появляются единичные сигналы, открывающие элементы 14 и 16 совпадения. Четвертым тактовым импульсом распределитель 28 переключается в исходное состояние и единичный сигнал появляется на его нулевом выходе. Единичный сигнал, поступавший с третьего выхода распределителя 28 через элемент ИЛИ 26 на вход элемента 27 совпадения, сменяется нулевым (переключение распределителя осуществляется срезом тактового импульса).

В момент возвращения распределителя 28 в исходное состояние, которое сохранится до следующего прихода сигналов переполнения от счетчиков 15 и 17, начинается очередной цикл измерения. На адресный вход коммутатора 12 и на первый информационный вход блока 18 с адресного выхода блока 19 управления подается код, записанный в регистр 20 в предыдущем цикле. При этом может использоваться единичный позиционный код, который определяется состоянием выходом переполнения счетчиков 15 и 17, либо иной код, формируемый из указанного единичного кода.

Зафиксированные в блоке 18 запоминания и обработки коды номеров переполненных счетчиков 15 и 17 дают оценку * величины запаздывания сигнала от датчика 6, выраженную числом тактов задержки на регистре 10 опережающего сигнала от датчика 5, в виде (с учетом поправки на действие систематической составляющей погрешности квантования): *= j₁mT+j₂T+T/2, где j₁, j₂ - номера переполненных счетчиков 15 и 17 соответственно. В первом слагаемом этой оценки неизвестная величина отождествляется при измерении с ближайшим меньшим уровнем ее квантования при задержке сигнала регистром 10 с шагом дискретности, равным mТ, а во втором слагаемом - то же, но при дополнительной задержке сигнала с шагом дискретности, равным Т. Третье слагаемое компенсирует систематическую погрешность квантования, которая уменьшает значение *. Эта погрешность принимает значения в пределах одного периода Т, ее математическое ожидание равно - Т/2 при среднем квадратическом отклонении, равном Т/2 T/2.

В приведенном на фиг. 3 примере представлено распределение импульсов по счетчикам 15 и 17 при следующих условиях: число используемых групп разрядов регистра 10 и связанных с ними элементов ИЛИ 13, элементов 14 совпадения, счетчиков 15 равно n= 12 (с N 4 по N 15; распределение импульсов в группах разрядов с номерами 0. . . 3 на чертеже не показано), число разрядов регистра 10 в одной группе и, соответственно, число элементов совпадения 16 и счетчиков 17 равно m= 8, период Т= 0,25 мс, Т₁= mТ= 2 мс, временной сдвиг сигналов от датчиков 5 и 6 при высоте уровня z_o= 11,48 м равен _о= 28,4 мс, максимальная величина этого сдвига при нулевом значении z равна _макс= 32 мс.

В этих условиях раньше остальных из счетчиков 15 переполнится счетчик N 14, а из счетчиков 17 - счетчик N 1, на которых накапливается наибольшее число импульсов. В данном случае время задержки, равное 14 тактам Т₁, соответствует 14-й группе разрядов регистра 10, которая связана через соответствующий элемент ИЛИ и элемент совпадения со счетчиком N 14 в первой группе счетчиков 15. Следовательно, номер переполненного счетчика первой группы дает оценку * взаимного сдвига сигналов, которая находится в интервале времени задержки 14Т₁ = * < 15Т₁ длительностью Т₁= 2 мс. При этом разность значений уровней материала, соответствующих величинам сдвига сигналов 14Т₁ и 15Т₁, равна z₁= 12,86-6,2= 6,66 м.

Номер переполненного счетчика во второй группе счетчиков определяет величину дополнительной задержки сигнала в пределах 14-й группы разрядов регистра 10. В результате оценка величины сдвига сигналов составляет * = 14Т₁+1Т+Т/2= 28,375 мс. а оценка высоты уровня z*= 11,57 м. Пределы, в которых находится неизвестная величина , сократились до величин (14Т₁+Т) * < (14Т₁+2Т). Соответственно уменьшилась и разность значений различаемых устройством уровней с z₁= 6,66 м до величины z₂= 12,0-11,14= 0-86 м. При полученной оценке * = 28,375 мс действительная погрешность результата измерения составляет _д = *- _о= 28,375-28,4= = -0,025 мс, z_д= z*-z_о= 11,57-11,48= 0,09 м. Для достижения в прототипе такой разрешающей способности в условиях приведенного пример потребовалось бы увеличить число счетчиков и связанных с ними элементов совпадения с m+n= 8+12= 20 до m х хn= 8х12= 96.

В блоке 18 осуществляется запоминание результатов измерения и при необходимости их дополнительная обработка (например, вычисление значений z* высоты контролируемого уровня по величине * и заданной зависимости z= f( ), сравнение результатов смежных циклов измерений, вывод на индикацию, подготовка для передачи, дальнейшей обработки и использования). Продолжительность паузы в процессе измерений, необходимой для записи результатов в блок 18, составляет четыре периода тактовых импульсов.

Разрешающая способность устройства повышается благодаря измерению величины взаимного сдвига входных сигналов при разном шаге дискретности задержки. С помощью первой группы счетчиков и связанных с ними элементов осуществляется "грубая" оценка сдвига при большом шаге дискретности, объединяющем группу малых шагов, а с помощью второй группы - "точная" оценка величины дополнительного сдвига при малом шаге дискретности, равном периоду тактовых импульсов. В итоге число различаемых устройством дискретных значений контролируемого уровня равно произведению числа счетчиков первой группы на число счетчиков второй группы. Систематическая составляющая погрешности, обусловленная дискретностью значений результата, уменьшается до половины значения малого шага дискретности.

(56) Авторское свидетельство СССР N 1619056, кл. G 01 F 23/28, 1988.