Устройство передачи и приема сигналов с вращающегося объекта

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 27 А 09) (11) в 4 О 08 С 19 2 ВС ц.",1",Р РЕТЕНИ ТЕ Г,БИЕЛ 1.,й; ч ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ИСАНИЕ И ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Рязанский радиотехнический институт(57) Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может бытьиспользовано для передачи и приема измерительной информации с вращающегося объекта, бесконтактной передачи энергии питанияизмерительной аппаратуры, устанавливаемой на объектах, а также дистанционногоуправления работой такой аппаратуры. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем передачи команд управления с неподвижной на вращающуюся часть устройства. Устройство содержит на неподвижной части блок приема, усилитель, первые контуры первого и второго полосовых фильтров, модулятор, на вращающейся части блок измерения, вторые контуры первого и второго полосовых фильтров, выпрямитель, стабилизатор, демодулятор. Стабилизатор содержит формирователь опорного напряжения, делитель напряжения, преобразователь напряжения в ток и блок источников напряжений. Устройство, благодаря введению в него модулятора, стабилизатора и демодулятора, позволяет осуществить бесконтактное дистанционное управление режимом работы измерительной аппаратуры, располагаемой на вращающемся объекте, без остановки вращения для какой-либо подстройки, наладки и прочих изменений в аппаратуре.з.п.ф-лы, 9 ил.1388927 1Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для передачи и приема измерительной информации с вращающихся объектов, бесконтактной передачи энергии питания измерительной аппаратуры, устанавливаемой на объектах, а также дистанционного управления работой аппаратуры, в частности устройство может быть использовано в автоматизированных системах научных исследований (АСНИ) вращающихся машин и механизмов в ходе стендовых, ресурсных и других испытаний.Цель изобретения - расширение функ циональных возможностей путем передачи . команд управления с неподвижной частина вращающуюся часть устройства.На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - функциональная схема стабилизатора; на фиг. 3 - функциональня схема блока приема; на фиг. 4 - функциональная схема блока измерения; на фиг. 5 - функциональная схема демодулятора; на фиг, 6 и 7 - схема выполнения преобразователя напряжения в ток и блока источников напряжений; на фиг. 8 - временные диаграммы работы устройства; на фиг. 9 - эпюры сигнала ОФМ при изменении нагрузки на полосовой фильтр.Устройство содержит на неподвижной части блок 1 приема, усилитель 2, первые контуры первого и второго полосовых фильтров 3 и 4 и модулятор 5, на вращающейся части - блок 6 измерения, вторые контуры первого и второго полосовых фильтров 7 и 8, выпрямитель 9, стабилизатор 10 и демодулятор 11. Стабилизатор 10 (фиг, 2) содержитформирователь 12 опорного напряжения,делитель 13 напряжения, преобразователь14 напряжения в ток и блок 15 источниканапряжений.Блок 1 приема (фиг. 3) содержит входное пороговое устройство 16, распределитель 17, коммутатор 18, цифроаналоговыепреобразователи 19 ь 19, выходные канальные устройства 2020, генератор 21тактовых импульсов и формирователь 22 модулирующего сигнала,Блок 6 измерения (фиг. 4) содержит первичные измерительные преобразователи2323, коммутатор 24., нормирующий усилитель 25, аналого-цифровой преобразователь 26, усилитель-формирователь 27 кодовых посылок, дешифратор 28 и распределитель 29.Демодулятор 11 (фиг. 5) содержит парафазный формирователь 30, первый и второйкомпараторы 31 и 32, первый, второй, третий,четвертый, пятый, шестой и седьмой элементы И 33, 34, 35, 36, 37, 38 и 39, элемент ИЛИ40, первый, второй и третий триггеры 41, 42и 43, стабилизатор 44 напряжения и усилитель 45. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 2Устройство работает следующим образом.На вращающемся объекте осуществляется сбор измерительных сигналов с датчиков, установленных в точках контроля требуемых параметров. Эту операцию с последующей обработкой и преобразованием к виду, удобному для передачи сигналов через первый полосовой фильтр 3, 7, осуществляет блок 6 измерения. В зависимости от типа датчиков в данном блоке используются соответствующиепервичные преобразователи 2323, например широко применяются преобразователи изменения сопротивления тензодатчиков в напряжение и другие. Обязательными элементами блока 6 являются коммутатор 24 сигналов с первичных преобразователей и нормирующий усилитель 25, осуществляющий приведение сигналов к одному уровню (диапазону).Дешифратор 28 команд управляет первичными преобразователями (например, в связи с потребностью в изменении их чувствительности, в смешении диапазона измерения), нормирующим усилителем (например для изменения коэффициента усиления), а также через распределитель 29 работой коммутатора для изменения частоты опроса каналов и АЦП 26. АЦП 26 и усилитель- формирователь 27 кодовых посылок необходимы для приведения сигналов с первичных преобразователей к виду, удобному для передачи через первый полосовой фильтр 3, 7. В блоке 1 приема осуществляются преобразования, обратные по своим функциям описанным выше. Для этого блок 1 содержит входное пороговое устройство 16, принимающее решение о том, какой символ ноль или единица, был принят, распределитель 17 каналов, коммутатор 18, а также ЦАП 19 ь,19 и выходные канальные устройства 20 ь,20. Код с выхода порогового устройства, преобразованный в необходимый вид (параллельный), поступает на соответствующий ЦАП, с выхода которого аналоговые сигналы поступают на соответствующее входное ка н аль ное устройство. В блоке 1 приема происходит также формирование модулирующего сигнала с соответствующего формирователя 22 под воздействием команд, поступающих на третий вход блока 1, модулирующий сигнал вместе с тактовой частотой поступает из блока 1 приема на модулятор 5. Модулятор реализуется в соответствии с выбранным видом модуляции. Например, при фазовой манипуляции в качестве модулятора может быть использован универсальный триггер, на счетный вход которого поступает тактовая частота, а на логические - модулируюшие сигналы. С модулятора начинается тракт передачи энерге. тического сигнала, необходимого для питания вращающейся части устройства, модулированного, например, по фазе командами. Сигнал с выхода модулятора усиливается3до необходимой мощности, определяемой потребностями вращающейся цасти, усилителем 2 и передается через второй полосовой фильтр 4, 8 на выпрямитель 9. Этот же сигнал поступает и на демодулятор 11. Если бы режим работы вращающейся части устройства не изменялся под воздействием команд, то можно было бы обойтись и без стабилизатора как такового. Однако изменение, например, чувствительности означает изменение тока, питающего датчики от первичных преобразователей. Такое изменение тока приводит к изменению нагрузки на второй полосовой фильтр 4, 8, т. е. изменяет его добротность. Аналогичное изменение добротности может произойти и при изменении интервала, и при изменении числа измерительных каналов. Поскольку добротность фильтра 4, 8 определяет качество переходного процесса, обусловленного процессом модуляции, желательно предпринять меры по стабилизации нагрузки на фильтр 4, 8, т. е. его добротности. В противном случае устройство не сможет выполнять возложенные на него функции. На фиг. 8 представлены эпюры сигналов, возникающих в устройстве, в котором используется относительная фазовая манипуляция (ОФМ), На фиг. 8 а изображен сигнал тактовой частоты, поступающий на счетный вход триггера, служащего модулятором, на логические входы которого поданы сигналы ОФМ (фиг. 8 б). Выходной сигнал модулятора (фиг. 8 в) усиливается, и на входе демодулятора 1 возникает сигнал, представленный на фиг. 8 г.Рассмотрим работу демодулятора сигналов ОФМ. 30 35 40 45 50 55 В устройстве фактически уже имеется парафазный формирователь - второй поло- совой фильтр, поэтому выходы с последнего могут быть сразу непосредственно поданы на компараторы 3 и 32, на которых осуществляется сравнение двух отличающихся по фазе на 180 сигналов с пороговым напряжением, получаемым из питаюгцего путем деления, или из самого обрабатываемого сигнала. На выходах компараторов 31 и 32 получаются соответствуюгцие цифровые сигналы. Объединяя по И инверсные выходы обоих компараторов (фиг. 8 д, е), на элементе И 33 получают сигнал двойной частоты (фиг. 8 ж), из которого с помощью триггера 41 формируется тактовая цастота, используемая и в самом демодуляторе и в блоке измерения. Дальнейшая обработка сигналов в демодуляторе сводится к логическим операциям, поскольку они представлены в цифровом виде. На элементах И 34 - 37 происходит перемножение сигналов с противофазными сигналами с выходов триггера 41 (фиг. 8 и, к, и, о), с фиксацией результатов перемножения на триггерах 42 и 43 (фиг. 8 л, п). На элементах И 38 и 39 происходит выделение моментов смены фазы,5 10 15 20 25 4а на элементе ИЛИ 40 объединякпся оба варианта изменения фазы: с 0 на 180-" и со 180 на 0 (фиг. 8 р).Из описания демодулятора видно, что основным моментом его работы является иолуцение сигнала тактовой частоты. Однако был рассмотрен вариант функционирования демодулятора в условиях стабильной нагрузки на полосовой фильтр, когда соответствующей его настройкой была получена наилучшая для выделения сигналов форма изменения напряжения на входе демодулятора (фиг. 8 г).Но проходящие команды могут менять нагрузку на полосовой фильтр и в результате будет изменяться не только амплитуда сигнала, но и его форма, например, так, как это показано на фиг. 9 а. Возможно также смещение средней линии сигнала относительно нулевого уровня стабилизатора (фи г. 9 б) . Работа демодулятора в таких условиях становится ненадежной. Г 1 оэтому в общем слуцае необходим стабилизатор, который бы обеспечивал всеми необходимыми и стабильными питающими напряжениями блок 6 измерения и демодулятор 1 и который, кроме этого, стабилизировал бы нагрузку на поло- совой фильтр 4, 8 и формировал бы потенциал общей шины.Входы стабилизатора 1 О подключены к выходам выпрямителя 9. Формирователь 12 опорного напряжения выдает на четвертый вход преобразователя 14 напряжения в ток (ПНТ) опорный уровень, на третий вход которого поступает с делителя 13 часть стабилизируемого напряжения. ПНТ преобразует разносгь напряжения между входами в ток, протекающий через него же между выводами, подключенными к первому и второму входам стабилизатора. Блок 15 источников напряжения вырабатывает все необходимые питаюцие напряжения. Стабилизация нагрузки осуществляется следующим образом. В исходном состоянии вырабатывается рабочий ток в ПНТ 14 с таким расчетом, цтобы диапазон изменения тока в нем совпадал с диапазоном изменения тока через блок 15 источников напряжения, При изменении тока через последний (под воздействием команд) ПНТ изменяет свой ток в обратном направлении. Пример выполнения ПНТ приведен на фиг. 6.Предположим, что нагрузка увеличилась (возрос ток через блок 15). При этом напряжение на входе стабилизатора уменьшается, а следовательно уменьшается и разность напряжений между входами 3 и 4 ПНТ. Транзистор Т 1 уменьшает свой коллекторный ток, являющийся базовым для транзистора Т 2, а тот, в свою очередь, уменьшает свой коллекторный ток так, что суммарный ток, потребляемый от выпрямителя всем стабилизатором остается неизменным.Описанный пример использования относительной фазовой манипуляци и конкретного демодулятора ОФМ свидетельствует о1388927 5том, что для обеспечения работоспособности последнего потребуется сформировать потенциал общей шины стабилизатора таким образом, чтобы он соответствовал средней линии сигнала на выходе второго полосового фильтра 4, 8 (фиг. 8 г). В противном случае (фиг. 96) демодуляция неосуществима, На фиг. 7 приведен возможный зариант построения блока источников напряжений, в котором осуществляется формирование потенциала общей шины. В представленном блоке получается стабилизированное незаземленное напряжение, которое затем делится схемой, собранной на операционном усилителе и умножителе пополам.Предлагаемое выполнение устройства позволяет расширить функциональные зозможности, позволяющие осущес 1 влять бесконтактное дистанционное управление режимом работы измерительной аппаратуры, располагаемой на вращающихся обьектах, без остановки вращения для какой-либо подстройки, наладки и прочих изменений в аппаратуре.Формула изобретения1. Устройство передачи и приема сигналов с вращающегося объекта, содержацее на неподвижной части блок приема, информационный выход которого является информационным выходом устройства, первый контур первого полосового фильтра, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму входам блока приема соответственно, усилитель, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму входам первого контура второго полосового фильтра соответственно, на вращающейся части - блок измерения, информационный вход которого является информационным входом устройства, первый и второй выходы блока измерения подключены к первому и второму входам зторого контура первого полосового фильтра соответственно, второй контур второго полосового фильтра, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму входам выпрямителя, первый вход блока измерения подключен к шине нулевого потенциала, от 6личающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем передачи команд управления с неподвижной части на вращающуюся часть устройства, в него введен на неподвижной части модуля тор и блок приема выполнен многоканальным, третий вход блока приема является управляющим входом устройства, первый и второй выходы блока приема подключены к первому и второму входам модулятора, со О ответственно, выход которого подключен квходу усилителя, на вращающейся части введены стабилизатор, демодулятор и блок измерения выполнен многоканальным, первый и второй выходы выпрямителя подключены к первому и второму входам стабилизатора соответственно, выходы которого подключены к входам питания блока измерения и демодулятора, первый и второй выходы второго контура второго полосового фильтра подключены к первому и второму входам демодулятора соответственно, первый и второй выходы которого подключены к второму и третьему входам блока измерения соответственно, третьим входы демодулятора и стабилизатора объединены с шиной нулевого потенциала.2. Устройство по и. 1, отличающееся тем,что стабилизатор содержит формирователь опорного напряжения, делитель напряжения, преобразователь напряжения в ток и блок источников напряжений, первые входы формирователя опорного напряжения, делителя напряжения, преобразователя напряжения в ток и блока источников напряжений объединены и являются первым входом стабилизатора, вторые входы формирователя опорного напряжения, делителя напряжения, преобразователя напряжения в ток и блока источников напряжений обьединены и являются вторым входом стабилизатора, выходы делителя напряжения и формирователя опорного напряжения подключены к третьему и четвертому входам преобразователя напряжения в ток соответственно, выходы блока источников напряжений являются выходами стабилизатора, третий вход блока источников напряжений является третьим входом стабилизатора.1388927 улеЮои фц 9 ель И, Кузне ерес ундрик Р поде ушска иятие,ИПИ Государственного ко 113035, Москва,одственно-полиграфичеткрыти тная,оизв Редактор А. ЛежнинЗаказ 1 523/53 СоставитТехред И. краж 558 итета ССС Ж 35, Р кое предпр Ко рре кто рПодписноелам изобретенийнаб д. 4(5