СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 2003 года по МПК H04B13/00 

Изобретение относится к системам связи, а точнее - к способам передачи информации по линиям связи, в качестве которых используют уже имеющиеся направляющие линии, сооруженные для других назначений, не относящихся к передаче информации, например, по канату шахтной подъемной установки, по тросам из скважин, по грозовым тросам, по линиям электропередачи, по магистральному трубопроводу газопровода или нефтепровода. Изобретение может быть использовано для увеличения технико-экономической эффективности системы связи, в которой линией связи является трубопровод газопровода или нефтепровода, с учетом всех компонентов, влияющий на полную стоимость и технические показатели системы связи.

Известны способы передачи информации в системах связи, в которых поступающую от источника информацию, например речевую, телеметрическую, преобразуют в электрический сигнал, этот сигнал вводят в линию связи, в качестве которой используют коаксиальные магистральные кабели (изобретение СССР кл. Н 04 В 5/00 438128), линии электропередач внутри шахт (пат. СССР кл. тот же 2115239), силовые и телефонные кабели, проложенные в шахтах (пат. СССР кл. тот же 1548857) с преобразованием частоты передачи в промежуточную и восстановлением ее при приеме, передаче по канату шахтного подъемного устройства (пат. СССР Н 04 В 7/00 661828), по тросу из скважины (пат. Англии Н 04 В 3/54 2110904) или по грозовым тросам линий электропередач (пат. СССР кл. тот же 488352). Далее транспортируют по линии связи, принимают сигнал, выделяют его из помех, усиливают, ретранслируют при необходимости, преобразуют в выходной сигнал в удобную для потребителя форму.

Перечисленные способы предназначены для коротких линий связи, преимущественно, для передачи ведомственной информации. Аналогичные способы передач информации, в основном ведомственной, применяются в системах связи, использующих магистральные линии электропередач, в которых сложной задачей является отфильтровка мощного 50-герцового силового сигнала.

Известен способ передачи информации (Каяцкис А.А. "Основы радиоэлектроники". М., ВШ, 1988, с.10, 11), признаки которого реализованы, по существу, во всех системах связи и являющийся аналогом предлагаемому техническому решению и заключающийся в том, что поступающую от источника информацию, как правило, неэлектрического происхождения, преобразуют во входной электрический сигнал, при необходимости его кодируют, преобразуют в сигнал, пригодный для передачи по заданной линии связи, преобразованный сигнал вводят в линию связи, транспортируют по ней, принимают сигнал, выделяют его из помех, усиливают, при необходимости декодируют, преобразуют в выходной сигнал в удобной форме (например, в системах телефонной связи) и доставляют его потребителю.

Недостатком этого способа по сравнению с заявленным является то, что он ориентирован на систему радиосвязи и предусматривает использование в качестве линий связи только пространство между передающей и приемной антеннами, а также проводные (кабельные), волноводные и световодные линии связи. Сооружение и эксплуатация линий большой протяженности является сложной и дорогостоящей задачей.

Наиболее близким к заявленному способу передачи информации по совокупности признаков и получению требуемых технических результатов является способ передачи информации, при котором поступающую от источника информацию преобразуют во входной переменный электрический сигнал, при необходимости его кодируют, преобразуют в сигнал, пригодный для передачи по заданной линии связи, преобразованный сигнал вводят в линию связи, в качестве которой может быть использован трубопровод газопровода или нефтепровода, транспортируют его по линии связи, принимают сигнал, поступающий по линии связи, выделяют его из помех, усиливают, при необходимости по крайней мере часть сигнала ретранслируют, другую часть сигнала декодируют при необходимости, преобразуют в переменный выходной сигнал, предназначенный для представления информации в удобной для потребителя форме, и доставляют потребителю (В.Т. Сергованцев, В. А. Артемов, К.А. Конев и др. "Газопровод как канал связи в системах телемеханики". М.: Недра. 1984, гл. 1, с.4-7).

В этом способе в качестве линии связи используется цепь труба-земля (двухпроводная линия, одним проводом которой является труба газопровода, покрытая изоляцией, а другим - земля), по которой транспортируют электрический сигнал.

Применение способа передачи информации с использованием газопроводов, как готовых каналов связи большой протяженности, сеть которых покрывает всю Россию, в том числе северные и горные районы, тундры, болота и т.п. имеет большое значение. Способ-прототип предназначен в основном для организации ведомственной централизованной передачи данных, технического обслуживания средств управления и контроля линейной части магистральных газопроводов.

Недостатком известного способа является то, что в нем в качестве линии связи можно использовать только трубопровод подземного заложения, в то время как существуют линии газопровода большой протяженности наземного расположения (в основном в наших северных районах, на Аляске, в пустынях и т.п.), для которых этот способ неприменим. Кроме того, нарушение и старение изоляции порождает как утечки тока, так и влияние блуждающих токов на сигнал; сам подземный трубопровод является электрохимической системой, находящейся под действием потенциала катодной защиты и естественного потенциала трубы по отношению к земле, что также усложняет передачу сигнала.

Также известный способ пригоден только для передачи сигнала низкочастотного диапазона от 3 до 1000 Гц (в зависимости от состояния изоляции и проводимости грунта для 3 Гц дальность передачи сигнала без ретрансляции составляет 10-60 км, для 1000 Гц - 1-5 км), что существенно ограничивает его применение.

Сущность изобретения направлена на увеличение технико-экономической эффективности передачи информации при использовании трубопровода газопровода (нефтепровода) в качестве линии связи благодаря возможности передачи сигнала по трубопроводу любого исполнения - подземного, насыпного заложения или подводного и надземного расположения, увеличению дальности передачи без промежуточного усиления сигнала, исключению зависимости качества передачи от состояния изоляции, переходу на более широкий диапазон частот, расширению области применения, расширению арсенала технических средств передачи информации.

Отличительная особенность заявляемого изобретения от прототипа заключается в передаче сигнала информации не по двухпроводной (труба-земля), а по однопроводной линии (труба). В известном способе этого сделать нельзя, т.к. по линии связи передается электрический сигнал. В заявляемом способе сигнал преобразуют в форму, пригодную для ввода и передачи по такой линии связи, а именно в переменное магнитное поле, пригодное для передачи сигнала в виде переменного магнитного потока по однопроводной линии (трубе), выполненной из ферромагнитного материала (трубной стали), являющейся магнитной цепью, направляющей магнитный поток по назначенному пути.

Заявленный способ содержит все существенные признаки прототипа: поступающую от источника информацию преобразуют во входной электрический сигнал, при необходимости его кодируют, преобразуют в сигнал, пригодный для передачи по заданной линии связи, преобразованный сигнал вводят в линию связи, в качестве которой может быть использован трубопровод газопровода или нефтепровода, транспортируют его по линии связи, принимают сигнал, поступивший по линии связи, выделяют его из помех, усиливают, при необходимости по крайней мере часть сигнала ретранслируют, другую часть сигнала декодируют при необходимости, преобразуют в переменный выходной сигнал, предназначенный для представления информации в удобной для потребителя форме, и доставляют потребителю.

Другими существенными, отличительными от прототипа, признаками являются следующие: перед вводом в линию, выполненную в виде трубопровода, преимущественно, газопровода или нефтепровода, из ферромагнитного материала переменный электрический сигнал в виде переменного электрического тока пропускают через входную индуктивность и создают переменное магнитное поле, пригодное для передачи сигнала по указанной ферромагнитной линии связи, воздействуют им на ферромагнитную линию связи, при транспортировке сигнал индуктивно трансформируют по ферромагнитной линии связи, в месте приема сигнала воздействуют переменным, дошедшим до места приема магнитным полем на выходную индуктивность, взаимно индуктивно связанную по ферромагнитной линии связи с входной индуктивностью, а сигнал принимают с выходной индуктивности.

Также при необходимости ретрансляции по крайней мере части сигнала его после выделения из помех и усиления преобразуют, вводят в ферромагнитную линию связи, транспортируют и принимают сигнал в соответствии с действиями. осуществляемыми при передаче сигнала информации, причем сигнал ретранслируют необходимое число раз по длине трубопровода таким же образом.

Кроме того, сигнал транспортируют с одной станции перекачки газа или нефти на другую станцию перекачки и ретранслируют его на этих же станциях.

Ниже изобретение описано более детально, в том числе на примере его осуществления со ссылками на чертежи, схематично иллюстрирующие систему передачи информации, реализующую заявленный способ.

На фиг.1 показана схема системы передачи информации, поясняющая реализацию способа передачи информации, на фиг.2, 3, 4 - результаты измерения передачи сигнала по магнитной цепи в модельном эксперименте.

Сущность способа заключается в следующем (фиг.1).

Поступающую от источника информацию, например речевую, преобразуют во входной переменный электрический сигнал во входном преобразователе 1, его кодируют, если это необходимо (кодер 4), затем преобразуют в переменный электрический ток в преобразователе электрического сигнала в электрический ток 2, последний пропускают через передающее устройство 3 с кодером 4 и передатчиком 5. Ввод сигнала в линию связи 7 осуществляют через входную индуктивность 6, в которой создают переменное магнитное поле, пригодное для передачи сигнала по ферромагнитной линии связи - магнитной цепи в виде стальной трубы 7. В месте приема сигнала расположена выходная индуктивность 8, на которую воздействуют дошедшим по ферромагнитной линии связи 7 магнитным полем. Обе индуктивности (входная и выходная) взаимно индуктивно связаны через ферромагнитную линию связи. В выходной индуктивности переменное магнитное поле создает переменный электрический сигнал. Затем информационный сигнал выделяют из помех, усиливают, если сигнал был кодирован, то декодируют в приемном устройстве 9 приемником 10, усилителем 11, декодером 12.

И, наконец, принятый, выделенный из помех и усиленный сигнал преобразуют в выходном преобразователе 13 в переменный выходной сигнал. предназначенный для представления информации в удобной для потребителя форме, и доставляют потребителю.

При необходимости ретрансляции по крайней мере части сигнала его после выделения из помех и усиления отбирают в виде переменного электрического тока через устройство отбора 14 на ретранслятор 15, затем в индуктивности 16 преобразуют в переменное магнитное поле, пригодное для передачи сигнала по ферромагнитной линии связи 7, и далее по ней передают сигнал до следующего места приема сигнала. Таким же образом сигнал ретранслируют необходимое число раз по длине трубопровода.

Ввод информационного сигнала в линию связи и вывод из нее, а также ретрансляцию предпочтительно осуществлять на станции перекачки газа или нефти, где есть и электроснабжение и персонал.

Эквивалентная магнито-электрическая схема системы передачи, реализующей заявленный способ, сводится к четырехполюснику - трансформатору - распространенному элементу радиоэлектронных цепей (Каяцкис А.А., цит., гл. 7).

Основные принципы реализации способа проверены на экспериментальной модели. На концах стальной трубы длиной 2,5 м, диаметром 60 мм, толщиной ≈4 мм устанавливались одинаковые катушки индуктивности из 14 витков медной проволоки диаметром 2 мм. На входную катушку подавался электрический ток частотой 50 МГц мощностью 10^-5 Вт с выхода генератора анализатора спектра Е4405 В фирмы HEWLETT/PACKARD. Ток с выходной катушки подавался на вход этого же анализатора.

На фиг.2 показана мощность, подаваемая на входную индуктивность. На фиг. 3 - измеренная мощность на выходной индуктивности, расстояние между катушками 120 см, на фиг.4 - то же, расстояние между катушками 250 см.

Передаваемая мощность уменьшается с расстоянием приблизительно пропорционально L^-2, где L - длина линии передачи.

Расчет технико-экономической эффективности системы связи, реализующий заявляемый способ дает следующее.

Применение по данному способу уже имеющихся линий связи - трубопроводов газопроводов или нефтепроводов - дает значительную экономию средств при создании систем связи, поскольку отпадает необходимость в сооружении линий связи.

Например, сейчас прокладка 1 км волоконно-оптического (световодного) кабеля стоит 5000 долларов без учета сопутствующего оборудования.

Радиорелейная связь с дальностью действия 40 км обходится в 20 000 долларов, стоимость сооружения мачты обходится в 1000 долларов на 1 м высоты, в среднем применяют мачты 30-40 м высоты. Стоимость радиорелейной связи на 100 км составит приблизительно 80000 долларов. Стоимость эксплуатации линий связи составляет 5-10% в год от стоимости сооружения. По сравнению с прототипом заявленный способ пригоден для передачи информации не только по трубопроводам подземного заложения, но и для трубопровода надземной, подводной и насыпной установки. На передачу информации не влияют состояние изоляции трубопровода, расширяется диапазон частот передачи.

Пример реализации заявленного способа иллюстрирует система передачи, показанная на фиг.1. Приемопередающий и ретрансляционный комплекты устанавливаются на станциях перекачки газа или нефти, расстояние между которыми составляет 100-130 км. На станции перекачки имеются все возможности по недорогой и надежной эксплуатации приемопередающей станции.

Оценки показывают, что по заявляемому способу передача информационного сигнала без промежуточного усиления возможна на 100-150 км. Отметим, что современные средства приема позволяют выделять сигналы мощностью 10^-12 Вт.

Таким образом, отличительные признаки заявленного способа обеспечивают появление новых свойств, не достигаемых в прототипе и аналогах, а также расширяют возможности и арсенал технических средств связи.

Изобретение относится к технике связи. Технический результат заключается в возможности передачи информации по трубопроводу подземного заложения и при его надземном расположении. Сущность изобретения заключается в том, что сигнал передают по ферромагнитной линии связи, при передаче воздействуют магнитным полем на ферромагнитную линию связи, в месте приема сигнала воздействуют магнитным полем на выходную индуктивность, взаимно индуктивно связанную с входной индуктивностью, расположенной на передающем конце линии связи. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Способ передачи информации, при котором поступающую от источника информацию преобразуют во входной переменный сигнал, при необходимости кодируют, преобразуют в сигнал, пригодный для передачи по заданной линии связи, преобразованный сигнал вводят в линию связи, в качестве которой может быть использован трубопровод газопровода или нефтепровода, передают сигнал по линии связи, принимают сигнал, поступающий по линии связи, выделяют его из помех, усиливают и при необходимости декодируют и преобразуют в выходной сигнал, предназначенный для представления информации в удобной для потребителя форме, и доставляют потребителю, отличающийся тем, что при введении сигнала в линию связи создают переменное магнитное поле, воздействующее на линию связи, выполненную в виде ферромагнитного трубопровода, посредством пропускания сигнала через входную индуктивность и приема сигнала путем вывода его в месте приема выходной индуктивностью, взаимно индуктивно связанной с входной индуктивностью. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при необходимости ретрансляции по крайней мере. части сигнала его после выделения из помех и усиления преобразуют, вводят в ферромагнитную линию связи необходимое число раз по длине трубопровода. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что сигнал передают с одной станции перекачки газа или нефти на другую станцию перекачки и ретранслируют его на этих же станциях.