СПОСОБ СЧИТЫВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ НА РАССТОЯНИИ С КОДОВОГО ДАТЧИКА Российский патент 1996 года по МПК G01S13/00 

Изобретение относится к телеметрическим системам идентификации объектов. Изобретение может быть использовано в устройстве считывания информации на расстоянии с кодового датчика для идентификации объектов, на которых установлены такие датчики.

Известно считывающее устройство телеметрической системы идентификации объектов (Патент США 4 360 810, G 01 S 13/00, 342/90, 1982). Это устройство содержит СВЧ генератор немодулированных колебаний, линию передачи, приемопередающую антенну, вход которой соединен через линию передачи с выходом генератора, несколько ответвителей, включенных в линию передачи. Каждый ответвитель содержит последовательно соединенные детектор (смеситель) и фильтр нижних частот. Выходы фильтров нижних частот соединены со входами усилителя-сумматора, выход которого соединен со входом цифрового приемника. Это устройство излучает непрерывный запрашивающий сигнал номинальной мощности, независимо от наличия или отсутствия в зоне облучения датчика.

Также известно устройство считывания телеметрической системы идентификации объектов, принятое за прототип изобретения (Патент США, 4 999 636, G 01 S 13/00, 342/90, 342/16, 341/145, 1991). Это устройство содержит СВЧ генератор, линию передачи, направленный ответвитель, циркулятор, приемопередающую антенну, смеситель, модулятор, декодер и кодовый датчик с антенной.

Выход генератора соединен со входом основного плеча направленного ответвителя, один выход которого соединен с гетеродинным входом смесителя, а другой с первым плечом циркулятора, второе плечо которого соединено со входом линии передачи.

Выход линии передачи соединен со входом антенны. В линию передачи включен ответвитель, выход которого соединен с модулятором.

Третье плечо циркулятора соединено с сигнальным входом смесителя, а выход смесителя соединен со входом декодера.

Датчик размещается в зоне облучения приемопередающей антенной.

Прототип функционирует по следующему способу.

Кодовый датчик размещается на некотором расстоянии от приемопередающей антенны. Немодулированные электромагнитные сигналы генератора поступают на первый вход циркулятора, а через второе его плечо поступают в линию передачи и излучаются антенной в направлении датчика. В линии передачи они модулируются модулятором с малой глубиной модуляции (1-0,1%). Отраженные от датчика кодовые сигналы поступают в третье плечо циркулятора, туда же поступают отраженные от датчика сигналы не содержащие кода датчика, но промодулированные модулятором. Поэтому на выходе смесителя возникают два сигнала, один промодулированный меандром, а другой кодовый. В зависимости от соотношения их амплитуд на вход декодера поступает либо сигнал датчика, либо меандр. Если сигнал датчика больше сигнала модулированного меандром, то на входе декодера возникает сигнал датчика, при соответствующем выставлении порогового уровня. Если наоборот, сигнал модулированный меандром больше сигнала датчика, то на входе декодера появляется сигнал модулированный меандром. Таким способом считывается сигнал датчика с требуемого расстояния.

Это устройство генерирует непрерывный сигнал слегка подкрашенный меандром номинальной мощности независимо от наличия или отсутствия в зоне облучения кодового датчика.

Техническим результатом изобретения является увеличение КПД устройства за счет уменьшения средней мощности генератора.

Этот результат достигается за счет способа считывания информации и устройства, работающего по этому способу.

Способ считывания информации заключается в том, что в отсутствии датчика в зону облучения периодически излучают импульсные электромагнитные сигналы номинальной амплитуды длительностью не менее времени необходимого для получения от датчика одного бита информации с периодом повторения больше длительности импульса.

При попадании датчика в зону облучения принимают отраженный от него сигнал, содержащий не менее одного бита информации, после чего прекращают излучать импульсные сигналы и начинают излучать немодулированный сигнал номинальной амплитуды в течение времени не менее трех длительностей одной полной кодовой посылки информации датчиком. Одновременно принимают отраженные от датчика кодовые сигналы и демодулируют их. После окончания излучения немодулированного сигнала, излучают импульсные сигналы режима отсутствия датчика в зоне облучения.

Отличительными признаками способа являются: излучение импульсных сигналов, определенной длительности и периода повторения, прием отраженных от датчика кодированного сигнала с неполной информацией, прекращение излучения импульсного сигнала, излучение немодулированного сигнала определенной длительности, прекращение излучения такого сигнала и излучение модулированного сигнала, кроме того новыми являются последовательности действий над сигналами.

Технический результат достигается поскольку средняя амплитуда генерируемого генератором сигнала меньше ее номинального значения.

Этот результат достигается и в устройстве, которое содержит СВЧ генератор, направленный ответвитель (НО), модулятор, генератор импульсов, СВЧ усилитель мощности, циркулятор, приемопередающую антенну, смеситель, фильтр нижних частот (ФНЧ), ответвитель, декодер, блок управления и кодовый датчик с приемопередающей антенной.

Вход основного плеча НО соединен с выходом генератора, а его выходы соединены: один с сигнальным входом модулятора, а другой с гетеродинным входом смесителя. Вход усилителя мощности соединен с выходом модулятора, а его выход с первым плечом циркулятора. Второе плечо циркулятора соединено со входом антенны, а третье с сигнальным входом смесителя. Вход ФНЧ соединен со выходом смесителя, а выход со входом ответвителя. Один выход ответвителя соединен со входом декодера, а другой со входом блока управления. Вход генератора импульсов соединен с выходом блока управления, а его выход с управляющим входом модулятора. Датчик размещается перед антенной.

Средняя амплитуда на выходе усилителя мощности меньше ее номинального значения, что обеспечивает достижение технического результата.

Конструкция устройства и способ его функционирования поясняются чертежами.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства.

На фиг. 2 представлена структурная схема блока управления генератором импульсов.

На фиг. 3 представлена эпюра излучаемого во времени сигнала.

На фиг. 4 представлена эпюра отраженного от датчика сигнала на выходе ФНЧ (на входе блока управления).

На фиг. 5 представлена принципиальная схема генератора импульсов.

На фигурах введены следующие обозначения:
1 СВЧ генератор (Г);
2 направленный ответвитель (НО);
3 модулятор (М);
4 СВЧ усилитель мощности (УМ);
5 циркулятор (Ц);
6 смеситель (См);
7 приемопередающая антенна считывающего устройства (АСч);
8 фильтр нижних частот (ФНЧ);
9 ответвитель (Отв);
10 декодер (ДК);
11 блок управления генератором импульсов;
12 генератор импульсов;
13 приемопередающая антенна датчика (АД);
14 кодовый датчик (КД).

Генератор 1 может быть собран по схеме автогенератора на транзисторах, например с рабочей частотой 2450 МГц (12 см), мощностью 200 мВт.

Направленный ответвитель 2 может быть выполнен на волноводах с основным типом волны (Н01 или Н10), на полосковой линии или на коаксиальной линии с ослаблением в боковом плече 6 дБ (для См).

Модулятор 3 может быть собран на диоде, включенным в линию передачи параллельно.

Усилитель мощности 4 может быть собран по известным схемам на транзисторах, например с коэффициентом усиления 23 дБ, с мощностью на выходе 2 Вт.

Циркулятор 5 может быть выполнен ферритовым на полосковой линии.

Смеситель 6 может быть выполнен на смесительном диоде.

Антенна 7 может быть выполнена рупорной, вибраторной и т.п.

Фильтр 8 нижних частот может быть собран на RC-цепочке.

Ответвитель 9 может быть выполнен в виде делителя мощности с индуктивной, емкостной или контактной связями.

Декодер 10 может быть выполнен на интегральных микросхемах путем деления сигнала ФНЧ на три канала и сдвига сигналов в этих каналах на 1/4, 1/2 и полный период кодовых импульсов с последующим суммированием в одном канале (см.например патент США N 4 739 328, G 01 S 13/74, 342/44, 1988, фиг. 2a, b, c).

Блок управления 11 может быть выполнен по схеме фиг. 2.

Этот блок содержит ключ Кл1 с нормально закрытым контактом. Ключ Кл2 с нормально закрытым контактом. Две схемы совпадения СхС1 и СхС2, срабатывающие при импульсной последовательности соответствующей логической единицы и нулю. Формирователь импульсов ФИм. длительностью трех кодовых посылок. Формирователь импульсов может быть выполнен по схеме фиг. 5.1 Ерофеев Ю.Н. Импульсные устройства, М. Высшая школа, 1989, с. 245.

Блок управления генератором импульсов работает следующим образом. При попадании датчика в зону облучения на вход блока начинают поступать кодовые импульсы с логическими "1" и "0". От первой импульсной последовательности "1" или "0" срабатывает либо схема совпадения 1 или 2 (СхС1 или СхС2), на выходе которых появляется импульс, который запускает формирователь импульсов длительностью три кодовых посылки датчика. Этот импульс Кл2 отключает питание генератора импульсов и одновременно Кл1 отключает вход блока управления от входного сигнала. После прохода импульсов ФИм включается генератор импульсов и включается сигнал на вход блока управления. Схема блока приходит в исходное состояние.

Генератор 12 импульсов может быть выполнен по схеме фиг. 5 (см, например Ерофеев Ю.Н. Импульсные устройства, М. Высшая школа, 1989, с. 335, 336 рис. 6.79) τ длительность и Т период повторения импульсов.

Антенна 13 датчика может быть выполнена в виде диполя.

Кодовый датчик 14 может быть выполнен из постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) и устройства изменяющего импеданс антенны (см.например патент США N 4 739 328, G 01 S 13/74, 1988, фиг. 1).

Устройство считывания информации содержит: генератор 1, направленный ответвитель 2, модулятор 3, усилитель 4, циркулятор 5, смеситель 6, антенну 7, фильтр нижних частот 8, ответвитель 9, декодер 10, блок управления 11, генератор импульсов 12, антенну 13 датчика и кодовый датчик 14.

Вход направленного ответвителя 2 соединен с выходом генератора 1, а его выходы соединены один со входом модулятора 3, а другой со входом гетеродинного сигнала смесителя 6.

Вход усилителя 4 соединен с выходом модулятора 4, а выход соединен с первым плечом циркулятора 5.

Второе плечо циркулятора 5 соединено со входом антенны 7, а третье плечо соединено с сигнальным входом смесителя 6.

Вход ФНЧ 8 соединен с выходом См 6, а выход соединен со входом ответвителя 9, один выход которого соединен с декодером 10, а другой с блоком управления 11.

Вход генератора 12 импульсов соединен с выходом блока управления 11, а выход с управляющим входом модулятора 3.

Устройство функционирует следующим способом.

В отсутствии датчика 14 антенна 7 излучает периодические импульсные сигналы номинальной амплитуды длительностью равной промежутку времени необходимому для получения от датчика три бита информации со скважностью равной 10.

При попадании датчика 14 в зону облучения, антенна 7 принимает отраженные от него кодовые импульсные сигналы по пути третье плечо Ц 5, См.6, ФНЧ 8, Отв.9 и попадают на входы ДК 10 и БУ 11.

Если сигналы, пришедшие на вход БУ 11, содержат кодовые импульсы соответствующие двум коротким и одному длинному (логическая "1") или одному длинному и двум коротким (логический "0"), срабатывает одна из схем совпадения (фиг. 2), на выходе которых формируется одиночный импульс. Этот импульс запускает формирователь импульсов (ФИм), длительность импульса которого равна трем кодовым посылкам датчика 14. На это время ключ КЛ2 отключает питание генератора импульсов 12, а следовательно, не подаются импульсы на модулятор 3. Одновременно с этим отключается Кл1 на вход БУ 11 перестают поступать кодовые сигналы. В это время антенна 7 излучает непрерывный сигнал номинальной амплитуды. Кодовые сигналы поступают на вход ДК 10, где и декодируются. За это время на декодер поступает как минимум одна полная посылка информации с датчика.

После окончания импульса ФИм замыкаются контакты Кл1 и Кл2 включается ГИ 12 и антенна 7 начинает излучать модулированный сигнал. Устройство готово к считыванию информации со следующего датчика, если первый датчик удален из зоны облучения. Если датчик не удалять из зоны облучения, то устройство будет повторять свою работу по считыванию информации. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4

Способ считывания информации на расстоянии с кодового датчика обеспечивает уменьшенное среднее значение мощности излучения на десятки децибелл за счет импульсного излучения при отсутствии в зоне облучения датчика и непрерывного излучения при его наличии. Устройство для реализации способа содержит СВЧ генератор, направленный ответвитель, модулятор, СВЧ усилитель мощности, циркулятор, приемопередающую антенну, смеситель, фильтр нижних частот, ответвитель, декодер, блок управления генератором импульсов. Кодовый датчик размещают перед антенной. 5 ил.

Способ считывания информации на расстоянии с кодового датчика, основанный на облучении датчика электромагнитными сигналами, приеме отраженных от датчика сигналов, промодулированных кодом, и их декодировании, отличающийся тем, что в отсутствии кодового датчика в зоне облучения излучают периодические импульсные сигналы номинальной амплитуды длительностью не менее времени, необходимого для получения от кодового датчика одного бита информации, с периодом повторения импульсов больше их длительности, а при попадании кодового датчика в зону облучения принимают отраженные от него сигналы, содержащие не менее одного бита информации, после чего прекращают излучение импульсных сигналов и излучают немодулированные сигналы с номинальной амплитудой в течение не менее трех длительностей одной кодовой посылки информации датчика, одновременно принимают отраженные от датчика кодовые сигналы и демодулируют их, после окончания излучения немодулированных сигналов излучают импульсные сигналы режима отсутствия датчика в зоне облучения.