СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА СИГНАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК H04B13/00 

Изобретение относится к приему-передаче сигналов, а более конкретно к неэлектромагнитной связи, и может быть использовано при создании систем связи через непроницаемые для электромагнитных волн преграды.

Известен способ передачи и приема сигналов, реализуемый в системе передачи и приема сигналов с помощью гравитационных волн (Авт.св. N 347937, кл. H 04 В 13/00), заключающийся в возбуждении гравитационных волн массивным телом передатчиком при подводе к нему энергии модулированных сигналов акустических или механических колебаний и ответном преобразовании гравитационных волн в массивном теле приемнике в модулированные сигналы акустических или механических колебаний массивного тела приемника. Реализованный таким образом способ передачи и приема сигналов не обладает свойством помехозащищенности, так как наряду с приемом полезного сигнала реализуется прием паразитных сигналов от других источников гравитационных волн. Применение в качестве приемника сигнала массивного тела требует значительного уровня энергии регистрируемых гравитационных волн для преобразования их в акустические или механические колебания приемника, что предопределяет низкий уровень чувствительности при приеме передаваемых сигналов известным способом.

Известен способ инициирования фазовых превращений в сплавах на основе TiNi, включающий внешнее воздействие импульсным проникающим излучением на сплав на основе TiNi, которое инициирует в сплаве фазовое превращение. Известный способ можно использовать для передачи и приема сигналов путем передачи сигнала в виде проникающего излучения и приема сигнала при регистрации фазового перехода, инициированного внешним воздействием в виде проникающего излучения в сплаве-приемнике на основе TiNi. Данный способ взят за прототип (Авт. св. N 1538919, кл. В 01 J 3/08). Для инициирования фазового перехода в сплаве на основе TiNi требуется высокое значение плотности энергии проникающего излучения, в связи с чем изложенное техническое решение имеет низкую чувствительность при приеме сигналов и не позволяет реализовать прием передаваемых сигналов при снижении необходимого высокого уровня плотности энергии проникающего излучения, инициирующего фазовый переход в сплаве-приемнике.

Увеличение чувствительности при приеме-передаче сигналов через непроницаемые для электромагнитного излучения преграды возможно при использовании физического эффекта изменения физических параметров вещества-приемника при протекании фазового превращения в идентичном веществе-передатчике.

Установлено, что при протекании фазового превращения в веществе-передатчике в идентичном по химическому составу веществе-приемнике наблюдается изменение физических параметров, характеризующих фазовое состояние вещества. Причем вещество-передатчик и вещество-приемник разделены электромагнитным экраном, экраном для ультразвуковых волн и теплоизолированы.

Задачей изобретения является передача сигналов через электромагнитный экран с использованием эффекта изменения физических параметров вещества-приемника при протекании фазового превращения в идентичном веществе-передатчике.

Для решения поставленной задачи для передачи и приема сигналов от передатчика к приемнику используют идентичное вещество, у которого одно из фазовых состояний имеет упорядоченную структуру. Передаваемый сигнал преобразуют во внешнее воздействие на вещество-передатчик, изменяющее фазовое состояние вещества-передатчика. Принятый веществом-приемником сигнал изменяет физические параметры вещества-приемника, причем о наличии сигнала судят по изменению физических параметров в веществе-приемнике, характеризующих фазовое состояние вещества.

На фиг. 1 изображен вариант реализации системы передачи и приема сигналов по предлагаемому способу; на фиг. 2 диаграмма передачи сигнала.

Система передачи и приема сигналов (фиг. 1) включает преобразователь 1 входного сигнала 2. Преобразователь 1 подключен к жидкостному теплообменнику 3, внутри которого помещено вещество-передатчик 4. Теплообменник 3 является одновременно электромагнитным экраном.Теплообменник 3 помещен в теплоизолирующий экран 5. Вещество-приемник 6 расположено в держателе-теплоизолирующем экране 7, снабженном двумя окнами 8. Устройство регистрации изменения физических параметров фазового состояния вещества-приемника 9 связано с веществом-приемником 6 падающим J и отраженным J₀ световым потоком и подключено к преобразователю изменения физических параметров фазового состояния вещества-приемника 10, выдающего выходной сигнал 11. Держатель теплоизолирующий экран 7 и устройство регистрации изменения физических параметров фазового состояния вещества приемника 9 размещены в электромагнитном экране 12.

Система передачи и приема сигналов функционирует следующим образом.

Входной сигнал 2 преобразуется преобразователем 1 в тепло, передающееся от теплообменника 3 к веществу-передатчику 4. При этом изменяется фазовое состояние вещества-передатчика 4. Изменение фазового состояния вещества-передатчика вызывает реакцию вещества-приемника в виде изменения его физических параметров, фиксируемое устройством регистрации изменения физических параметров фазового состояния вещества-приемника 9. Затем с помощью преобразователя изменения физических параметров фазового состояния вещества-приемника 10 формируется выходной сигнал 11.

Заявляемый способ может быть проиллюстрирован на следующих примерах.

Пример 1.

В качестве вещества передатчика и приемника использовали нитрат аммония. При комнатной температуре, равной 293 К, нитрат аммония имеет β -фазовое состояние. Температура фазового превращения b -фазового состояния NH₄NO₃ в g -фазовое состояние NH₄NO₃ составляет 311 К. Передаваемый сигнал преобразовывался электропечью в нагрев вещества-передатчика от температуры 293 К до температуры 323 К со скоростью нагрева 3 К/мин. Масса вещества-передатчика составляла около 5 г. Электромагнитным экраном вещества-перадатчика служил кожух электрической печи. Вещество-приемник 6 массой около 1 г находилось в держателе-теплоизолирующем экране 7 из пенопласта с толщиной стенки 20 мм. Держатель-теплоизолирующий экран 7 дополнительно выполнял функцию экрана для ультразвуковых волн. Вещество-приемник 6 оcвещалось световым потоком J от аргонового лазера ЛГН-406 с мощностью излучения 300 мВт. Рассеянный световой поток J₀ принимался спектрометром комбинационного рассеяния света ДФС-52. Для уменьшения температурного воздействия лазерного луча на вещество-приемник лазерный луч подавался расфокусированным с диаметром светового пятна 5 мм. При освещении вещества-приемника лазерным лучом наблюдался подъем температуры вещества-приемника от 293 К на 2,5 К с последующей стабилизацией температуры за счет установления теплового баланса между подводимым лазером количеством теплоты и отводимым количеством теплоты через окна 8 в держателе-теплоизолирующем экране. При работе электрической печи по нагреву вещества-передатчика существующее стабильное значение температурного режима вещества-приемника не нарушалось. Расстояние между веществом-передатчиком и веществом-приемником составляло около 40 мм.

При реализации заявляемого способа по достижении устойчивого значения температуры в веществе-приемнике производилась регистрация его исходного спектра комбинационного рассеяния света. Входной сигнал преобразовывался в нагрев электрической печи. В процессе нагрева вещества-передатчика происходило изменение фазового состояния нитрата аммония из b -фазового состояния в g фазовое состояние. Регистрировался спектр комбинационного рассеяния света вещества-приемника, отражающий реакцию вещества-приемника на процесс изменения фазового состояния вещества-передатчика. После вычитания из полученного спектра вещества-приемника его исходного спектра регистрировалось появление новой, дополнительной к существующим частотам частоты колебания атомов кристаллической решетки вещества-приемника 1,8•10¹² Гц. Зафиксированное изменение частот колебания атомов кристаллической решетки b -фазового состояния вещества-приемника формировалось в выходной сигнал с помощью преобразователя изменения физических параметров фазового состояния вещества-приемника 10.

Пример 2.

В качестве вещества передатчика и приемника использовали кристаллическую серу. При температуре ниже 368,4 К сера имеет a -фазовое состояние, а при нагреве выше температуры 368,4 К a -фазовое состояние серы изменяется на b -фазовое состояние. Передаваемый сигнал преобразовывался жидкостным термостатом с силиконовым маслом в нагрев вещества-передатчика 4 (фиг. 1) через теплообменник 3. Нагрев производился от комнатной температуры (293 К) до температуры 388 К со скоростью 6,3 К/мин. Теплообменник изготовлен из алюминия и имеет толщину стенки 5 мм. Теплообменник использовался одновременно в качестве электромагнитного экрана. В качестве теплоизолирующего экрана 5 и одновременно экрана для ультразвуковых волн служил пенопластовый чехол с минимальной толщиной стенки 15 мм. Масса вещества-передатчика составляла около 5 г.

Вещество-приемник массой около 0,3 г в виде порошка кристаллической серы в a -фазовом состоянии запрессовывалось в держатель-теплоизолирующий экран 7 из капролона и помещалось в кюветное отделение ультафиолетового спектрофотометра "Spekord М40". Температура в кюветном отделении спектрофотометра соответствовала комнатной (293 К) и в процессе реализации заявляемого способа не изменялась. С помощью спектрофотометра производилась регистрация интенсивности отраженного светового потока J₀ в зависимости от частоты световой волны. Измерения проводились относительно эталона 100 отражения света из MgO, расположенного в канале сравнения спектофотометра. Мощность падающего на вещество-приемник светового потока J составляла около 1 мВт при площади светового пятна 36 мм². Нагрева вещества-приемника падающим световым потоком не наблюдалось. Электромагнитным экраном вещества-приемника 12 служили стенки камеры кюветного отделения спектрофотометра. Расстояние между веществом-передатчиком и веществом-приемником составляло около 120 мм. В качестве дополнительного теплоизолирующего экрана и экрана для ультразвуковых волн служила прокладка из трех слоев плотной материи и пяти слоев асбестовой ткани, помещенная между крышкой кюветного отделения спектрофотометра и теплоизолирующим пенопластовым чехлом теплообменника с веществом-передатчиком. При реализации заявляемого способа регистрировалось положение минимума интенсивности отраженного светового потока J₀ от вещества-приемника в зависимости от частоты световой волны, которое составляло 7,824•10¹⁴Гц. Входной сигнал преобразовывался в нагрев вещества-передатчика 4 посредством передачи тепла к веществу-передатчику от теплообменника 3. В процессе нагрева вещества-передатчика происходило изменение фазового состояния серы из a -фазового состояния в b -фазовое состояние. Регистрировалось изменение положения минимума интенсивности отраженного светового потока J₀ в зависимости от частоты световой волны. Фиксировалось смещение положения минимума интенсивности отраженного от вещества-приемника светового потока с частоты 7,824•10¹⁴ Гц на частоту 7,794•10¹⁴ Гц. Зарегистрированное изменение физического параметра вещества-приемника, т.е. изменение положения минимума интенсивности отраженного светового потока с помощью преобразователя изменения физических параметров фазового состояния вещества-приемника 10 преобразовывалось в выходной сигнал 11.

Пример 3.

В качестве вещества-передатчика и вещества-приемника использовали нитрат аммония. При комнатной температуре, равной 293 К, NH₄NO₃ имеет b -фазовое состояние. Температура фазового превращения b -фазового состояния в g -фазовое состояние NH₄NO₃ составляет 311 К. Передаваемый сигнал преобразовывался водяным термостатом в нагрев вещества-передатчика 4 (фиг. 1). Нагрев производился от комнатной температуры (293 К) до температуры 333 К со скоростью 5 К/мин. Теплообменник изготовлен из алюминия и имет толщину стенки 20 мм. Теплообменник использовался одновременно в качестве электромагнитного экрана вещества-передатчика. В качестве теплоизолирующего экрана 5 и одновременно экрана для ультразвуковых волн служит чехол из пенопласта с толщиной стенки 40 мм. Масса вещества-передатчика составляла около 30 г. Вещество-приемник массой около 0,3 г в виде порошка нитрата аммония в b -фазовом состоянии запрессовывалось в держатель-теплоизолирующий экран 7 из капролона и помещалось в кюветное отделение ультафиолетового спектрофотометра "Spekord М40". Температура в кюветном отделении спектрофотометра соответствовала комнатной (293 К) и в процессе реализации заявляемого способа не изменялась. С помощью спектрофотометра регистрировался коэффициент отражения в веществе-приемнике. Измерения проводились относительно эталона 100 отражения света из MgО, расположенного в канале сравнения спектрофотометра. Мощность падающего на вещество-приемник светового потока J составляла около 1 мВт при площади светового пятна 36 мм². Нагрев вещества-приемника падающим световым потоком не наблюдался. Электромагнитным экраном вещества-приемника 12 служили стенки камеры кюветного отделения спектрофотометра. Расстояние между веществом-передатчиком и веществом-приемником составляло около 120 мм. В качестве дополнительного теплоизолирующего экрана и экрана для ультразвуковых волн служила прокладка из трех слоев плотной материи и пяти слоев асбестовой ткани, помещенная между крышкой кюветного отделения спектрофотометра и теплоизолирующим пенопластовым чехлом теплообменника с веществом-передатчиком. При реализации заявляемого способа входной сигнал интенсивностью U (фиг. 2) в момент времени t₁, ("а") преобразовывался преобразователем 1 в нагрев вещества-передатчика 4 посредством передачи тепла к веществу-передатчику от теплообменника 3. В процессе нагрева происходило изменение фазового состояния NH₄NO₃ из b -фазового состояния в g -фазовое состояние. Изменение фазового состояния в веществе-передатчике начинается с момента времени t₃ (диагр. "б"), соответствующего моменту достижения прилегающими к стенке теплообменника слоями вещества-передатчика температуры фазового превращения 311 К. По мере прогрева глубинных слоев вещества-передатчика масса m (диагр. "б") вещества с новым g -фазовым состоянием растет, и в момент времени t₂ изменение фазового состояния вещества-передатчика по всему объему заканчивается. Изменение коэффициента отражения R (диагр. "в") регистрируется с момента времени t₃, соответствующего началу фазового изменения вещества-передатчика. В момент времени t₄ (диагр. "в") изменение физического состояния вещества-приемника достигает стадии насыщения с постоянным значением коэффициента отражения R₀ (диагр. "в"), и начинается преобразование значения коэффициента отражения R₀ в выходной сигнал интенсивностью F (диагр. "г") с помощью преобразователя изменения физических параметров вещества-приемника 10. Изменение физического состояния вещества-приемника релаксирует с момента времени t₂, соответствующего окончанию процесса фазового превращения в веществе-передатчике, до момента времени t₅ (диагр. "в"). В момент времени t₅ (диагр. "в") коэффициент отражения вещества-приемника принимает исходное значение, и формирование переданного сигнала (диагр. "г") заканчивается.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет осуществить передачу и прием сигналов через электромагнитный экран.

Изобретение относится к неэлектромагнитной связи и предназначено для организации систем связи через электромагнитный экран. Сущность способа заключается в том, что передаваемый сигнал преобразуют во внешнее воздействие на вещество-передатчик, одно из фазовых состояний которого имеет упорядоченную структуру, изменяя при этом его фазовое состояние. А о наличии приема сигнала судят по изменению физических параметров, характеризующих фазовое состояние в веществе-приемнике, которое идентично веществу-передатчику. При этом в качестве регистрируемых физических параметров, характеризующих фазовое состояние вещества-приемника, используют частоты колебания атомов кристаллической решетки вещества-приемника или коэффициент отражения в веществе-приемнике. 3 з.п ф-лы, 2 ил.

1. Способ передачи и приема сигналов, включающий изменение фазового состояния в веществе под внешним воздействием, отличающийся тем, что в качестве передатчика и приемника используют идентичные вещества, у которых одно из фазовых состояний имеет упорядоченную структуру, причем передающий сигнал преобразуют во внешнее воздействие на вещество-передатчик, изменяющее его фазовое состояние, о наличии приема сигнала судят по изменению физических параметров в веществе-приемнике, характеризующих фазовое состояние вещества. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве веществ передатчика и приемника используют кристаллические вещества. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве физических параметров в веществе-приемнике используют частоты колебания атомов кристаллической решетки вещества-приемника. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве физических параметров в веществе-приемнике используют коэффициент отражения в веществе-приемнике.