способ контроля расстояния до объекта и устройство для его реализации

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.

Описание изобретения к патенту

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