СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА ИМПУЛЬСОВ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК G08C19/22 

Описание патента на изобретение RU2024950C1

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к телеметрии и тензометрии с импульсной передачей измерительных сигналов.

В телеметрии и тензометрии в качестве переносчика измерительной информации широко используются сигналы с амплитудно-импульсной модуляцией первого рода (АИМI). Существенным недостатком импульсных измерительных сигналов с АИМI является широкополосность их частотных спектров [1]. Из-за ограниченности полосы частот пропускания реальных каналов передачи и преобразования импульсных измерительных сигналов неизбежны перекрестные (переходные) искажения сигналов с АИМI [2, 3], приводящие к взаимному влиянию каналов в многоканальной телеметрии и тензометрии.

Известен способ снижения взаимного влияния каналов из-за искажений амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) канала в области низких частот, основанный на использовании сигнала с биполярной дискретизацией [4] (прототип), в частотном спектре которого отсутствуют постоянная и полная составляющие. Этот способ, состоящий в согласовании спектра сигнала с биполярной дискретизацией и полосы частот пропускания канала, оказывается эффективным лишь в том случае, если все составляющие спектра не попадают в область искажений АЧХ канала на низких частотах. Прием сигнала с биполярной дискретизацией в известном способе сводится к выделению первой гармоники спектра и боковых спектральных составляющих вокруг нее, образующих сигнал с амплитудной модуляцией, и детектированию выделенного сигнала [4]. При этом биполярная дискретизация не обеспечивает повышения соотношения сигнал/шум по сравнению с обычной однополярной дискретизацией, представляющей сигнал с АИМI. Известно, что сигналы с АИМI имеют самую низкую помехозащищенность [4], что ограничивает области их использования.

Таким образом, известному способу передачи и приема импульсов измерительных сигналов присущи следующие недостатки:
ограничение возможности известного способа по согласованию спектра сигнала с полосой частот пропускания канала, вызываемая тем, что в спектре биполярно-дискретизированного сигнала удается исключить лишь постоянную и полезную составляющие. При определенных частотах опроса измерительных каналов [4] "применение биполярной дискретизации ничего не даст";
низкая помехозащищенность принимаемых сигналов.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости путем согласования спектра импульсного измерительного сигнала с полосой частот пропускания канала в области низких частот. Для этого при передаче на каждом интервале преобразования формируют четное количество знакочередующихся во времени модулированных по амплитуде импульсов, имеющих одинаковые длительности и модули амплитуд, при приеме на каждом интервале преобразования импульсы положительной полярности задерживают, а импульсы отрицательной поляpности задерживают и инвертируют, после чего все амплитуды задержанных импульсов складывают в соответствии с временными интервалами их задерживания.

Сущность способа состоит в следующем.

Предлагается структура импульсного измерительного сигнала, состоящего из нескольких элементарных импульсов.

На фиг. 1 показана последовательность операций обработки импульсного измерительного сигнала при приеме, обеспечивающая повышение помехозащищенности измерительного сигнала, где а - обычный импульсный сигнал, используемый в качестве переносчика измерительной информации, б - предлагаемая структура импульсного сигнала, в - выходной сигнал, полученный при приеме из переданного; на фиг. 2 - функциональная схема устройства, реализующего предложенный способ.

Предлагаемый способ передачи и приема импульсных измерительных сигналов основан на следующих предпосылках.

Известно, что при заполнении импульсного сигнала (фиг. 1, а) более короткими импульсами (фиг. 1, б) спектр последнего сигнала будет переноситься в область более высоких частот [6]. Варьируя количество заполняемых импульсов, а следовательно, и их длительность, можно осуществлять необходимый перенос спектра в область более высоких частот. Если канал связи имеет искажения АЧХ в области низких частот, то всегда можно за счет указанного переноса спектра измерительного сигнала искажения АЧХ "обойти". Тем самым обеспечивается эффективное согласование спектра импульсного измерительного сигнала с полосой частот пропускания канала связи в области низких частот и исключение искажений, обусловленных завалом АЧХ канала на низких частотах.

На выходе канала принятый сигнал (фиг. 1, б) предлагается на каждом интервале преобразования τс проводить операцию задерживания элементарных импульсов, образующих импульсный измерительный сигнал, инвертирование задержанных импульсов отрицательной полярности и суммирование амплитуды задержанных инвертированных и неинвертированных импульсов. В случае многоканальной передачи интервал τс определяется длительностью канального интервала.

После такой обработки выходной сигнал Uвых (фиг. 1, в) будет равен:
Uвых = nmUo, где n - число элементарных импульсов на интервале τс; Uo - амплитуда отдельного элементарного импульса; m - коэффициент амплитудно-импульсной модуляции, одинаковой для всех элементарных импульсов.

За счет использования при приеме операций суммирования реализуется метод накопления [5], который позволяет увеличить отношение сигнал/шум на выходе. Кроме того, используемые операции обработки сигнала при приеме одновременно реализуют и дискретную фильтрацию по крайней мере первого порядка [6] , обеспечивающую исполнительное повышение помехозащищенности сигнала по отношению к низкочастотным помехам (наводки, дрейфы и др.).

Операции формирования импульсного измерительного сигнала при передаче и его обработке при приеме (задерживание, инвертирование и суммирование) являются стандартными для техники преобразования импульсных сигналов.

Известны устройства передачи и приема тензометрических сигналов в импульсной форме [7, 8]. В устройстве [7] питание тензомоста осуществляется симметричным импульсным напряжением. При передаче импульсного измерительного сигнала с выхода тензомоста по длинным соединительным линиям на него могут действовать электромагнитные помехи. Наводимый на соединительных линиях сигнал помехи представляет синфазное напряжение. Это напряжение выделяется, усиливается и инвертируется, после чего суммируется импульсным напряжением и поступает на тензомост, замыкая цепь отрицательной обратной связи для помехи, тем самым ослабляя действие синфазного напряжения помехи. Однако в рассматриваемом устройстве не обеспечивается ослабление шумов, возникающих в самих тензодатчиках, а также в измерительном усилителе. Именно эти шумы принципиально ограничивают разрешающую способность тензометрических устройств. Кроме того, данное устройство является достаточно сложным в конструктивном отношении.

Известно устройство для передачи и приема тензометрической информации с вращающихся валов. В этом устройстве передача сигналов с вращающегося вала осуществляется через конденсатор, образуемый двумя соосными кольцами, одно из которых вращается вместе с валом, а другое неподвижно [8]. Очевидно такой канал будет иметь завал АЧХ в области низких частот, через который передача широкополосного импульсного сигнала, формируемого на выходе тензомоста модулятором, является затруднительной. Поэтому импульсный сигнал с помощью радиопередатчика на несущей частоте 10,7 МГц преобразуется в частотно-модулированный (ЧМ) и лишь после этого передается через указанный выше канал, образуемый двумя кольцами.

Рассматриваемому устройству (прототипу) присущи следующие недостатки.

Низкая помехозащищенность по отношению к наводимым на измерительные цепи низкочастотным помехам.

Из-за невозможности согласования частотного спектра импульсного сигнала полосой частот пропускания используемого канала передачи рассматриваемое устройство усложнено за счет введения радиопередатчика и радиоприемника.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости пути согласования спектра импульсного измерительного сигнала с полосой частот пропускания канала в области низких частот. Для этого к выходу канала связи подключены информационные входы аналоговых блоков выборки и хранения (УВХ), управляющие входы которых соединены с выходами синхронизатора, а информационные входы соединены с соответствующими входами сумматора-вычитателя.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Питание тензорезисторного датчика осуществляется не одиночными импульсами (фиг. 1, а), а последовательностью знакочередующихся импульсов (фиг. 1, б), количество которых и соответственно длительность выбирают из условия согласования спектра таких сигналов с полосой частот пропускания канала.

На фиг. 2 приведена функциональная схема одноканального тензометрического устройства, реализующего предложенный способ.

Устройство состоит из источника импульсного питания 1, тензорезисторного датчика 2 с тензометрическим усилителем 3, канала связи 4, блоков выборки и хранения 5, синхронизатора 6, сумматора-вычитателя 7.

Устройство работает следующим образом.

Тензорезисторный датчик 2, представляемый, в частности, тензорезисторный мост или полумост, запитан от источника импульсного питания 1. Выходной сигнал датчика усиливается тензометрическим усилителем 3 и передается через канал 4, имеющий завал АЧХ в области низких частот. При соответствующем выборе числа элементарных импульсов, образующих импульс питания датчика, и их длительности добиваются согласования спектра усиленного выходного сигнала тензодатчика с полосой пропускания канала.

На выходе канала прием сигнала производится следующим образом. Синхронизатор 6 формирует на своих выходах поочередно сигналы управления для блоков 5. При этом блок 6 работает синхронно с источником импульсного питания, что отражено пунктирной стрелкой на фиг. 2. Число выходов синхронизатора 6 определяется числом элементарных импульсов сигнала питания. Управляющие сигналы блока 6 по времени формируются в средней части соответствующих элементарных импульсов. При этом с помощью блока 5 на каждом интервале преобразования, образуемом элементарными импульсами, осуществляется задерживание амплитуд отдельных элементарных импульсов. Задержанные посредством синхронизатора 6 в соответствующие моменты сигналы подают на вход сумматора-вычитателя 7. При этом задержанные положительные сигналы подают на суммирующие входы, отрицательные - на вычитающие, в результате чего производится инвертирование запомненных отрицательных сигналов в соответствии с предлагаемым способом. Выходной сигнал сумматора-вычитателя показан на фиг. 1, в. Амплитуда этого сигнала, являющегося информационным параметром, представляет сумму модулей амплитуд всех элементарных импульсов, образующих сигнал на выходе канала.

Похожие патенты RU2024950C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ МНОГОКАНАЛЬНОГО ФОРМИРОВАНИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ 2006
  • Иванов Анатолий Владимирович
  • Нечаев Геннадий Иванович
RU2316118C1
Многоканальный тензопреобразователь 1975
  • Михеев Анатолий Александрович
  • Нечаев Геннадий Иванович
SU798480A1
Устройство для выделения периодичес-КиХ СигНАлОВ 1979
  • Золотков Леонид Константинович
  • Демченко Виктор Ефимович
SU801290A1
СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА АНАЛОГОВОГО СИГНАЛА 1977
  • Нечаев Г.И.
SU1023930A1
Передающее устройство многоканальной телеметрической системы для вращающихся механизмов 1975
  • Асташин Владимир Александрович
  • Баширов Вячеслав Рашидович
  • Ефимов Евгений Григорьевич
  • Карасев Виктор Владимирович
  • Матвеев Ленар Тимофеевич
  • Михеев Анатолий Александрович
  • Нечаев Геннадий Иванович
SU554552A1
ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 2009
  • Блокин-Мечталин Юрий Константинович
  • Судаков Валерий Александрович
RU2400711C1
СИСТЕМА КОРОТКОВОЛНОВОЙ РАДИОСВЯЗИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЧАСТОТНО-МАНИПУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ, ПЕРЕДАВАЕМЫХ В РЕЖИМЕ ПСЕВДОСЛУЧАЙНОЙ ПЕРЕСТРОЙКИ РАБОЧЕЙ ЧАСТОТЫ 2018
  • Хазан Виталий Львович
RU2692081C1
Способ формирования широтно-модулированной импульсной последовательности и устройство для его осуществления 1990
  • Нечаев Геннадий Иванович
SU1751846A1
ИМИТАТОР ПАССИВНОГО РАДИОЛОКАТОРА 1988
  • Липинский Анатолий Михайлович
  • Толстихин Николай Викторович
SU1841093A2
Многоканальное устройство обработки фазоманипулированных радиолокационных сигналов 2022
  • Мясников Сергей Александрович
  • Рукавишников Виктор Михайлович
  • Синицын Евгений Александрович
  • Фридман Леонид Борисович
RU2792418C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 024 950 C1

Реферат патента 1994 года СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА ИМПУЛЬСОВ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к телеметрии и тензометрии с импульсной передачей измерительных сигналов. Целью изобретения является повышение помехоустойчивости путем согласования частотного спектра импульсов измерительных сигналов с полосой пропускания канала связи. Способ передачи и приема импульсов измерительных сигналов заключается в формировании на каждом канальном интервале последовательности модулированных по амплитуде исходных импульсов, соответствующих измерительным сигналам, преобразовании каждой из которых, передачи их и приеме, на каждом канальном интервале при передаче преобразуют в четное количество знакочередующихся импульсов, имеющих одинаковые длительности и модули немодулированных амплитуд, соответствующих исходным, при приеме на каждом интервале импульсы положительной полярности задерживают, импульсы отрицательной полярности задерживают и инвертируют, затем формируют сигнал, амплитуда которого соответствует сумме амплитуд принятых сигналов в соответствии с временными интервалами их задерживания. Устройство для передачи и приема импульсов измерительных сигналов, содержащее тензорезисторный датчик, тензоусилитель, подключенный к входу канала, источник импульсного питания тензорезисторного датчика, к выходу канала подключены информационные входы блока выборки и хранения, управляющие входы которых соединены с выходами синхронизатора, синхронизированного с работой источника импульсного питания, информационные выходы блока выборки и хранения соединены с соответствующими входами сумматора-вычитателя. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 024 950 C1

1. Способ передачи и приема импульсов измерительных сигналов, заключающийся в формировании на каждом канальном интервале последовательности модулированных по амплитуде исходных импульсов, соответствующих измерительным сигналам, преобразовании каждой из которых, передаче их и приеме, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости при согласовании частотного спектра импульсов измерительных сигналов с полосой частот пропускания канала связи на каждом канальном интервале, при передаче преобразуют исходные импульсы в четное количество знакочередующихся импульсов, имеющих одинаковые длительности и модули немодулированных амплитуд, на приеме импульсы положительной полярности задерживают, импульсы отрицательной полярности задерживают и инвертируют, затем формируют сигнал, амплитуда которого соответствует сумме амплитуд принятых сигналов в соответствии с временными интервалами их задерживания. 2. Устройство для передачи и приема импульсов измерительных сигналов, содержащее тензорезисторный датчик через тензоусилитель, подключенный к входу канала связи, источник импульсного питания, соединенный с тензорезисторным датчиком, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости путем согласования частотного спектра передаваемых импульсов измерительного сигнала с полосой частот пропускания канала передачи, к выходу канала связи подключены информационные входы блока выборки и хранения, управляющие входы которых соединены с выходами синхронизатора, синхронизирующий вход которого соединен с выходом источника импульсного питания на передающей стороне, информационные выходы блока выборки и хранения соединены с соответствующими входами сумматора-вычитателя.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1994 года RU2024950C1

Топка с несколькими решетками для твердого топлива 1918
  • Арбатский И.В.
SU8A1
Патент США N 3850030, 73-136,1974.

RU 2 024 950 C1

Авторы

Михеев А.А.

Нечаев Г.И.

Даты

1994-12-15Публикация

1991-03-04Подача