Устройство для передачи и приема информации с вращающегося механизма

О П И С А Н И Е и)974389ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик гГ фъЪГт фвВ(6 ) Дополнительное н авт. спид-ву(22)Заявлено 12.04.79 (2) 2761948/18-24 (5 т)М. КЛ3 с присоелинением заявки РЙ(71) Заявитель Рязанский радиотехнический институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА ИНФОРМАЦИИ С ВРАЩАЮЩЕГОСЯ МЕХАНИЗМАИзобретение относится к телеизмерительной технике и может быть ис пользовано для передачи информации с вращаюцихся или подвижных механизмов, например, при испытаниях авиационных воздушных винтов и турбин; трансмиссий, используемых в авиации, железнодорожном, морском и автомобильном транспорте, тракторах, в подвижных установках, в машиностроении;то компрессорных установок, генераторов постоянного и переменного тока, валов различного назначения, вентиляторов аэродинамических .труб. Известна система передачи информа ции с врацающихся механизмов, состоящая из стационарного устройства и устройстваустанавливаемого на вращающемся валу. Питание передающего устройства осуществляется от генера-.тора стационарного устройства через трансформатор, образованный одной подвижной катушкой и другой вращающейся, подключенной ко входу источника питания передающего устройства.Информация от датчика, установленного на вращающемся валу, передается на радиочастоте с частотной модуляцией (ЧМ) и затем демодулируется в стационарном устройстве 1.1.Недостатком этой системы является отсутствие возможности перестройки характеристик передающего устройства, например чувствительности, диапазона измерений и др., в процессе работы, а также то, что на несущей радиочастоте передается информация лишь об одном параметре - моменте на валу. Известна многоканальная телеметрическая система для передачи и приема информации с вращающегося механизма. Передающее устройство этой системы состоит из 21-го датчика термосопротивления, присоединенных ко входам двухполюсного шагового коммутатора, который поочередно подключает дат 97389чики на вход ЧИ-передатчика. Питание передающего устройства осуществляется от ртутных батарей через скользящие контактные кольца, Приемное устройство состоит из последовательно 5 соединенных ЧИ-приемника полосового фильтра, частотомера и осциллограФа2.Недостатками данной системы являются отсутствие возможности дистан ционного управления работой передающего устройства в процессе испытаний и ограниченный ресурс непрерывной работы, обусловленный применением контактных токосъемников, ресурс рабо- д ты которых в тяжелых условиях часто не превышает нескольких часов.В настоящее время, например, при проведении испытаний по определению усталостных повреждений вращающихся конструкций двигателей, турбин, авиа ционных воздушных винтов и др. теле- метрические системы должны обеспечивать достоверные измерения непрерывно в течение нескольких сотен и 25 тысяч часов. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для передачи и приема информации с вращающегося механизма. Питание передающей стороны осуществляется бесконтактным способом с помощью воздушного трансформатора, образованного одной неподвижной катушкой и другой вращающейся катушкой, установленной вместе с передающим устройством на вращающемся механизме. Вход неподвижной катушки через выходной блок (усилитель мощности)ао и преобразователь частоты подключен к генератору тактовых импульсов приемного устройства. К выходам указанной вращающейся катушки подключен блок выпрямления и стабилизации напряжения для передающей стороны. С помощьюаналогичного воздушного трансформатора осуществляется передача измерительного многоканального сигнала с передающей стороны на приемную. Передающая сторона содержит последовательно 50 соединенные Формирователь тактовых импульсов, преобразователь частоты, хронизатор, выходы которого соединены с соответствующими входами коммутатора каналов, преобразователя ин формации и формирователя кадровых импульсов. Выход коммутатора соединен с информационным входом преобразователя информации, Выходы преобразователя информации и формирователя кадровых импульсов оЬъединяются с помощью элемента ИЛИ, выход которогочерез выходной блок и Фильтр соединен с одной из вращающихся катушек. На приемной стороне устройство содержит последовательно соединенныефильтр, регенератор сигналов, селектор канальных сигналов, преобразователь информации и блок оконечного преобразования. Кроме того, на приемной стороне установлен селектор кадровых импульсов, вход которого соединен с выходом регенератора сиг. налов, а выход - с одним из входов кодирующего преобразователя и распределителя каналов, другой вход кодирующего преобразователя соединен с выходом решающего Ьлока, один из входов которого соединен с выходомгенератора тактовых импульсов, другой - с выходом селектора канальных сигналов 3.Однако при проведении, например, усталостных испытаний изменяются условия испытаний, что приводит к изменению условий измерений и самихтреЬований к измерениям, В процессетаких испытаний необходимо изменятьчувствительность по отдельным каналам, производить смещение диапазон- ного измерения("смещение нуля"), иэменение частот опросов по каналам. Известно, что для исключения неоправданных перегрузок общего линейного тракта системы указанные перестройки целесообразно производить в передающей аппаратуре, как можно ближе к ее входам. В противном случае, например при наличии смещения, требуется неоправданно расширять динамический диапазон линейноготракта системы. Заметим, что при использовании, например, в качестведатчиков тензорезисторов смещениедиапазона ("смещение нуля") можетзначительно. превышать динамическийдиапазон изменения сигнала, Это приводит к нерациональному использованию линейного тракта системы, приводящему к увеличению погрешностиизмерения, снижению помехозащищенности, Повысить эффективность работысистемы не удается даже при тщательном предварительном отборе тензореэисторов, так как после наклеиваниятензорезисторов вновь возникает раэбаланс величин сопротивлений, приво97438 5дящий к смещению нуля, устранениекоторого в условиях вращения затруднительно, Известная система имеет ограниченные функциональные возможности, В частности, при усталостных испытаниях часто изменяются режим испытаний,.например частота воздействий на испытуемый механизм. В известной системе при смене программ испытаний невозможно изменить, например, 1 Очастоты опросоа по каналам в зависимости от характера контролируемыхпроцессов, При испытаниях различныхмеханизмов с разным числом контролируемых параметров из-за ограниченных 3функциональных возможностей нельзяэффективно использовать все каналысистемы.Целью изобретения является повышение эффективности работы системы щи расширение ее функциональных возможностей,Указанная цель достигается тем,что в устройство, содержащее на передающей стороне блок выпрямления и 2 зстабилизации напряжения, вход которого и вход формирователя тактовых импульсов подключены к вращающимся катушкам, первый выход Формирователятактовых импульсов соединен с первым щвходом преобразователя частоты, выход которого подключен ко входу хронизатора и к первому входу преобразователя информации, выходы хронизаторасоединены с соответствующими входамикоммутатора каналов и преобразователяинформации, второй вход которого подключен к выходу коммутатора каналов,выход соединен через выходной блокс вращающимися катушками, на приемной стороне - фильтр, выход которОгочерез регенератор подключен к первомувходу преобразователя информации, второй вход которого и первый вход преобразователя частоты соединен с выходом генератора тактовых импульсов,выход преобразователя информации соединен с первым входом блока оконечного преобразования, ко вторым входам которого подключены выходы перво"го распределителя, выход выходногоблока и вход фильтра соединены с неподвижными катушками, введены на передающей стороне дешифратор команд,первые выходы которого подключеныЫк первым входам коммутатора каналов,второй выход - ко второму цходу преобразователя частоты, третьи - к.третьим входам преобразователя ин 9 6формации, первый и второй выходы формирователя тактовых импульсов, вы" ходы преобразователя частоты и хронизатора соединены с соответствующими входами дешифратора команд, на приемной стороне введены блок формирования команд, второй распределитель, фазовый модулятор и шифратор команд, выход которого соединен с первым входом фазового модулятора, второй вход которого подключен к вь" ходу преобразователя частоты, выход . ко входу выходного блока, информационные выходы блока формирования команд подключены к первым входам первого распределителя, управляющий выход которого соединен с соответст" вующими входами блока формирования команд и шифратора команд, информа" ционные выходы первого распределите" ля подключены к первым входам шифратора команд, вторые входы соединены с выходами второго распределителя, вход которого и тактовый вход блока формирования команд подключены к выходу генератора тактовых импульсов, первый выход блока формирования команд подключен ко второму входу пре" образователя частоты, второй выходко входу генератора тактовых импульсов и к соответствующему входу шифратора команд.На чертеже приведена Функциональная схема устройства.Схема состоит из передающей 1 и приемной 2 сторон. На передающей стороне 1.установлены формирователь так. товых импульсов 3, преобразовательчастоты 4 хрониэатор 5, коммутатор каналов 6, преобразователь информа" ции 7, выходной блок 8, две вращающиеся вместе с механизмами катушки 9, дешифратор команд 10, блок 11 выпрямления и стабилизации напряжения, На приемной стороне 2 установлены генератор тактовых импульсов 12, преобразователь частоты 13, фазовый мо-. дулятор 14, выходной блок 15, две неподвижные катушки 16, фильтр 17, регенератор 18, преобразователь информации 19, два распределителя 20 и 21, блок оконечного преобраэова" ния 22, блок формирования команд 23, шифратор команд 24.Устройство работает следующим об.разом.На вход выходного блока 15, представляющего усилитель мощности, через преобразователь частоты. 13 и фа 94389 8зовый модулятор 14 поступают сигналы от генератора тактовых импульсов 12.При этом преобразователь частоты 13 обеспечивает преобразование частоты генератора 12 в частоту сигнала, удобного для передачи через первый воздушный трансформатор, образованный одной из неподвижных катушек 16 и одной из вращающихся катушек 9.Выходной сигнал блока 15 поступает на упомянутую неподвижную катушку, При этом с упомянутой вращающейся катушки снимаются сигналы на блок 11 выпрямления и стабилизации напряжения и на вход формирователя тактовых импульсов 3, В блоке 11 обеспецивается двухполупериодное выпрям-. ление сигнала, эа сцет чего манипуляция фазы в модуляторе 14 не отражается заметно на работе выпрямителя в блоке 11, в котором также производится стабилизация напряжений питания передающей стороны 1Формирователь тактовых импульсов 3 вырабатывает на выходе, соединенном со входом преобразователя частоты 4, импульс при поступлении на его вход как положительной, так и отрицательной полуволны сигнала, снимаемого с одной из катушек 9. Указанное формирование сигнала реализуется стандартными устройствами, например пороговыми устройствами. При этом из входных сигналов с фаэовой модуляцией на входе формирователя 3 получаем близ" кие к периодической последовательности импульсы с удвоенной частотой.На другом выходе формирователя 3 из входных сигналов формируется последовательность импульсов с сохранением Фазовой модуляции, которая поступает на один из входов дешифратора команд 10, где осуществляется демодуляция сигналов и дешифрация ко" манд. С помощью преобразователя час- тоты 4 осуществляется преобразование соответствующего выходного сигнала формирователя 3 к частоте генератора тактовых импульсов 12. Выходными сиг. налами преобразователя частоты 4 и хрониэатора 5 обеспечивается переключение каналов коммутатора 6 и работа преобразователя информации формирующего выходной многоканальный сигнал, например, в виде импульсов с времяимпульсной модуляцией. Сформи" рованный выходной сигнал через выходной блок 8, представляющий усилитель мощности, подается на вторую0 И 36 3 ао из вращающихся катушек 9, образующую с другой неподвижной катушкой 16 второй воздушный трансформатор для инФормационных сигналов. Информационные .сигналы с выводов второй неподвижной катушки 16 через фильтр 1 подаются на вход регенератора 18. Фильтр 17 ослабляет проникновениеотносительно мощных сигналов питания,передаваемого через первый воздушный трансформатор. Регенератор 18 обеспечивает дополнительное ослабление помех и Формирование информационного сигнала в приемном устройстве. ИнФормационный сигнал с выхода регенератора 18 поступает на один иэ входов преобразователя 19, Формирующего на выходе многоканальный сигнал в цифровой форме, который подается в блок формирования команд 23 и в блок22 оконечного преобразования.На приемной стороне 2 в устройство введен блок формирования команд 23, который вырабатывает команды для необходимых перестроек передающей стороны, а также сигнал кадровой синхронизации. Команды, формируемые блоком 23, передаются для перестроек отдельных каналов (изменение чувствительности, диапазона сигнала, смещение нуля), а такие для групп каналов (изменение программы, опросов каналов в коммутаторе, кадровая синхронизация, изменение параметров преобразователя ). Все команды разделе. ны во времени. При этом команды, предназначенные для отдельных каналов, уплотняются в течение отдельного канального интервала и этим командам отводятся определенные позиции канального интервала, что позволяетвыделить эти команды на передаоцейстороне. Команды кодируются в шифраторе команд 24 и поступают на входФазового модулятора 14, на выходе,которого фаза передаваемого сигналапринимает два значения: 0 и 180.Заметим, что при указанной фаэовоймодуляции передача команд практически не оказывает влияние на работу двухполупериодного выпрямителяфаэово-модулированного сигнала вблоке 11 выпрямления и стабилизации напряжения, В дешифраторе ко. манд 10 осуществляется выявлениесигнала кадровой синхронизации, передаваемого с приемной стороны 2,выделение уплотненных во временикоманд и фиксация их до прихода оце.9 . . 974389 10 редных команд. Фактически в системе 1 использовано два канала связи между передающей и приемной сторонами- информационный канал и канал переда-, чи высокочастотных сигналов питания, по которому производится и передача команд для передающего устройства. Информационные канальные сигналы и сигналы команд по оббим каналам передаются синхронно и синфаэно. Син хронность обеспечивается за счет использования основной частоты генератора тактовых импульсов 12 и его кратных частот в приемном и передающем устройствах. Синфазность дости :гается сигналами кадровой синхрониза. ции, формируемыми на приемной стороне и передаваемыми через канал питания в передающее устройство. При такой синхронизации достигается раз деление как информационных сигналов, так и сигналов команд. Использование фазовой модуляции при передаче команд через канал питания не приводит к заметному влиянию их на двухполупе риодные выпрямители, используемые в блоке 11 передающего устройства.В устройстве частота генераторатактовых импульсов выбрана равной 4 ИГц, по каналу питания передаются зф сигналы с частотой в 2 ИГц. По информационному каналу передаются сигналы с времяимпульсной модуляцией длительностью 2 мкс. Диаметр катушек в обоих каналах 150 мм. В блоке выработки команд для изменения диапазонов измерения величины деформации и смещения диапазона (" нуля" ) по каждому каналу, в качестве датчиков деформаций использованы тенэорезисторы.Известно, что даже предварительно отобранные тензорезисторы после наклеивания оказываются неодинаковыми по величине, что приводит к. сме щению диапазона измерения ("смещения нуля"). Это смещение, нередко превышающее диапазон изменения величины сопротивления тенэорезисторов, либо перегружает линейный тракт системы, либо влечет к необходимости нежела" тельного расширения динамического диапазона линейного тракта системы. Подгонка величин тензорезисторов на вращающихся механизмах вызывает серь. езные затруднения, В разработанной системе "смещение нуля" устраняется во входных цепях коммутатора, представляющего многоканальный тензопре; образователь, путем передачи соответствующих команд в двоичном коде из приемного устройства. Эти команды по каждому из каналов формируются в блоке Формирования команд вручную с помощью переключателей при настройке системы. С помощью аналогичных команд в системе осуществляется изменение диапазонов измерения .величин деформаций, Указанные перестройки в системе можно производить и в процессе испытаний, что создает значительные удобства, например, при. дли" тельных прочностных исследованиях и тем самым повышает эффективность работы телеметрической системы и,самих исследований.Предлагаемая система допускает изменение программы работы коммутатора за счет передачи из приемного устройства соответствующих команд в зависимости от вида испытуемого узла или механизма и характера испытаний. При этом изменяется число измерительных каналов и частота опросов (информативность). по ним 2 . Одновременным изменением параметров преобразователей частоты 4 и 13, преобразователя 7 и генератора тактовых импульсов 12 соответствующими командами блока 23 достигается одновременное изменение частоты опросов по всем каналам системы (изменение информативности системы) при сохранении частоты сигнала в канале питания и,параметров сигнала в информационном канале. Сохранение параметров указанных сигналов вызвано необходимостью согласования их с обоими каналами связи, образованными катушками 9 и 16 воздушных трансформато" ров. Изменение программы опросов по отдельным каналам и изменение информативности системы обеспечивают расширение ее функциональных возмож" ностей, например, в условиях проведения прочностных испытаний. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение эффективности работы и расширение его функциональных воэможностей, которые достигнуты при незначительном усложнении передающей стороны 1, что особенно важно при использовании аппаратуры на вращающихся механизмах, когда на зту аппаратуру накладываются жесткие весогабаритные ограничения. Эффективность работы предложен"Формула изобретения 11 97 ной системы может бысть дополнительно повышена при автоматической выработке команд в блоке 23, например, с помощью ЭВМ, использовать которую на вращающемся механизме в передающем устройстве по указанным причинам в настоящее время практически невозможно. Устройство для передачи и приема информации с вращающегося механизма, содержащее на передающей стороне блок выпрямления и стабилизации напряжения, вход которого и вход Формирователя тактовых импульсов подключены к вращающимся катушкам,. первый выход Формирователя тактовых импульсов соединен с первым входом преобразовате" ля частоты, выход которого подключен ко входу хронизатора и к первому входу преобразователя информации, выходы хронизатора соединены с соответствующими входами коммутатора каналов и преобразователя информации, второй вход которого подключен к выходу коммутатора каналов, выход соединен через выходной блок с вращающимися катушками, на приемной стороне - Фильтр, выход которого через регенератор подключен к первому входу преобразователя информации, второй вход которого и первый вход преобразователя частоты соединены с выходом генератора тактовых импульсов, выход преобразователя информации соединен с первым входом блока оконечного преобразования, ко вторым входам которого подключены выходы первого распределителя, выход выходного блока и вход Фильтра соединены с неподвижными катушками, о т л и ц а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения Функциональных возможностей устройства, в него на передающей стороне введены дешифратор 4389 12команд, первые выходы которого подключены к первым входам коммутатораканалов, второй выход - ко второмувходу преобразователя частоты,5третьи - к третьим входам преобразователя информации, первый и второй выходы формирователя тактовых импульсов, выходы преобразователя частотыи хрониэатора соединены с соответст 10 вующими входами дешифратора команд,на приемной стороне введены блокформирования команд, второй распределитель, фазовый модулятор и шифраторкоманд, выход которого соединен спервым входом фазового модулятора,второй вход которого подключен к выходу преобразователя частоты, выходко входу выходного блока, информационные выходы блока Формирования команд подключены к первым входам первого распределителя, управляющий выход которого соединен с соответствующими входами блока формирования команд и шифратора команд, информацион 2 З ные выходы первого распределителяподключены к первым входам шифраторакоманд, вторые входы соединены с выходами второго распределителя, входкоторого и тактовый вход блока форЗО мирования команд подключены к выходугенератора тактовых импульсов, первый выход блока формирования командподключен ко второму входу преобразователя частоты, второй выход - ко входу генератора тактовых импульсов ик соответствующему входу шифраторакоманд,ИстОчники информации,принятые во внимание при экспертизеПатент СИА У 3850030,кл. 75- 136 А, 1974.2. Достижения в области телеметрии, Под ред, А.П, Иановцева. М.,"Мир", 1970, 283-205.3, Авторское свидетельство СССРпо заявке 1 т 2675132/24,кл, С 08 С 19/12, 1978 (прототип).