СОВМЕЩЕННАЯ ВСТРОЕННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И ЕЕ ВАРИАНТ Российский патент 2006 года по МПК G01S13/95 G01S7/40 

Настоящее изобретение предназначено для использования в радиогрозолокаторах (грозолокаторах), грозопеленгаторах-дальномерах, штормскопах, относящихся к области метеорадиолокации.

Первые наиболее ранние системы контроля нуждались на том или ином этапе своей работы в контрольно-поверочной аппаратуре (КПА) для генерации контрольных сигналов и диагностики, т.е. анализа прохождения контрольных сигналов в контролируемой аппаратуре и определения ее исправности или неисправного участка. На смену этим системам пришли системы контроля, встроенные в аппаратуру - ВСК, которые позволяют реализовать принцип непрерывного (при определенной заданной дискретности) технического обслуживания аппаратуры по техническому состоянию до безопасного отказа без применения какой-либо внешней КПА и специального инструмента.

Однако ВСК обладают недостатком, связанным с тем, что непрерывность работы или работа ВСК с заданной дискретностью сопровождается опасностью совпадения во времени принимаемого сигнала (импульса молниевого разряда (МР) в грозолокаторе) и импульса контроля, что искажает результаты обработки каждого из этих сигналов и, как следствие, приводит к сбоям в работе контролируемой аппаратуры. Для исключения одновременного приема импульса МР и контрольного импульса в ВСК-аналогах блокируют вход контролируемой аппаратуры на время контроля. Но это приводит к пропуску сигнала МР, если его появление совпадет с моментом подачи сигнала контроля, т.е. с моментом блокирования аппаратуры по ее входу.

Указанный недостаток отсутствует в "Устройстве для контроля инструментальных ошибок пеленгатора гроз" [1], [2 стр.151...155], выбранном в качестве прототипа, укрупненная схема которого приведена на фиг.3.

Нумерация блоков в приложении дана в соответствии со схемой, приведенной в описании [1, 2]. Для удобства анализа схемы в приложении обозначены укрупненные объединенные блоки прототипа без нарушения названий, функциональных назначений и связей между исходными блоками. В приложении приведено и описание работы прототипа.

В грозолокаторах, работающих в диапазоне низких и очень низких частот (от 100 Гц до 100 КГц), электрическая (Е) и магнитная (М) составляющие электромагнитной волны молниевого разряда принимаются каждая на свою антенну (Е- и М-антенны соответственно), исправность которых должна контролироваться.

Однако ВСК-прототип обладает недостатком, заключающимся в том, что Е-антенна грозолокатора не охвачена ВСК через пространство, т.е. ее исправность не контролируется.

Задачей изобретения является повышение полноты контроля исправности грозолокатора за счет охвата контролем его Е-антенны через пространство при исключении при этом пропусков импульса молниевого разряда (МР) в случае его совпадения во времени с контрольным импульсом и автоматическом выключении контроля на время, необходимое для обработки импульса МР, чтобы исключить искажения результатов обработки.

Решение поставленной задачи достигается тем, что вводят следующие новые существенные признаки:

- имитатор электрического Е-поля в виде передающей штыревой Е-антенны ВСК, обеспечивающей передачу контрольного импульса в Е-антенну грозолокатора через пространство, имитируя таким образом электрическую составляющую (электрическое Е-поле) электромагнитной волны молниевого разряда;

- переключатель входов имитаторов электрического Е- и магнитного М-полей, обеспечивающий появление и обработку контрольных импульсов в электрическом Е- и магнитном М-каналах грозолокатора в различное время. Под электрическим Е- и магнитным М-каналами грозолокатора понимают схемы грозолокатора, раздельно обрабатывающие сигналы с выходов соответственно Е- и М-антенн;

- сумматор импульсов магнитных M1- и М2-каналов пеленгации молниевых разрядов;

- селектор импульса молниевого разряда для его обнаружения среди контрольных импульсов, включая случаи их совпадения во времени.

Предлагаются два варианта осуществления совмещенной встроенной системы контроля, связанные единым изобретательским замыслом, отличающиеся используемыми принципами селекции (умножение с помощью схемы совпадения или индикация с предварительным переключением) и связями. Выбор варианта зависит от технико-экономических характеристик реализации вариантов в конкретной аппаратуре.

Вариант 1 позволяет осуществить совмещенную ВСК благодаря селектору импульса молниевого разряда вариант 1 в виде схемы совпадения, фиксирующей одновременное присутствие импульсов в электрическом Е- и магнитном М-каналах грозолокатора и выдающей сигнал блокирования ВСК на время, необходимое для обработки импульса МР. Это время заранее известно, оно отсчитывается времером (timer'ом), входящим в состав схемы блокирования контроля. Сдвиг по времени между контрольными импульсами, имитирующими электрическую Е- и магнитную М-составляющие электромагнитного поля, обеспечивающий их попеременную обработку, можно брать произвольной величины (не менее длительности контрольного импульса), но удобнее иметь его равным периоду частоты контрольных импульсов, т.е. попеременно переключать контрольный сигнал то на Е-, то на М-контрольные антенны. Частоту контрольных импульсов выбирают с учетом надежности грозолокатора, важности выполняемой им функции, допустимого интервала времени его нахождения в неисправном состоянии. Генерируемые контрольные сигналы должны быть близки к прямоугольным, иметь длительность в пределах значений длительностей сигналов молниевых разрядов, которые лежат в диапазоне от 50 до 500 мкс.

Вариант 2 отличается от варианта 1 тем, что схема совпадения заменена более простой схемой индикатора импульса в сочетании с переключателем импульсов Е- и М-каналов грозолокатора с той же частотой, с какой работает переключатель входов имитатора Е- и М-полей, причем при подаче контрольного импульса на Е-антенну ВСК индикатор импульса подключается к М-каналу грозолокатора и наоборот. Следовательно, индикатор импульса срабатывает при условии появления импульса в канале, в котором гарантированно отсутствует контрольный импульс, а это возможно только в случае приема импульса МР, обеспечивающего одновременное наличие импульса как в Е-, так и в М-каналах грозолокатора.

Обычно грозолокаторы работают в диапазоне очень низких частот с пеленгационными характеристиками, определяемыми магнитными рамочными (обычно ферритовыми) антеннами с восьмерочной формой диаграммы Sin ϕ [4 стр.54], и для точного определения угла пеленга в пределах углов 0...360° (необходимо иметь две (M1 и М2), перпендикулярно расположенные (ортогональные) антенны. Для обнаружения импульса молниевого разряда с любого угла пеленга необходимо устранить провалы в диаграмме Sin ϕ, т.е. сформировать суммарную диаграмму магнитных антенн, не имеющую провалов, сделать ее ненаправленной, для чего достаточно просуммировать сигналы с перпендикулярных антенн грозолокатора с помощью сумматора импульсов магнитных M1- и М2-каналов.

Изобретение представлено чертежами:

фиг.1 - схема совмещенной встроенной системы контроля - вариант 1;

фиг.2 - схема совмещенной встроенной системы контроля - вариант 2, где

1 - генератор контрольных импульсов;

2 - схема временного блокирования контроля;

3 - переключатель входов имитаторов электрического Е- и магнитного М-полей;

4 - имитатор электрического Е-поля;

5 - имитатор магнитного М-поля;

6 - сумматор импульсов магнитных M1- и М2-каналов;

7 - схема совпадения импульсов Е- и М-каналов (выполняет функцию селекции импульса молниевого разряда);

8 - селектор импульса молниевого разряда вариант 1;

9 - грозолокатор.

10 - переключатель импульсов Е- и М-каналов;

11 - индикатор Е- или М-составляющей импульса МР;

12 - селектор импульса молниевого разряда вариант 2.

Вариант 1. Совмещенная встроенная система контроля вариант 1 содержит генератор контрольных импульсов (1), схему временного блокирования контроля (2), переключатель входов имитаторов электрического Е- и магнитного М-полей (3), имитатор электрического Е-поля (4), имитатор магнитного М-поля (5), сумматор импульсов магнитных M1- и М2-каналов (6), схему совпадения импульсов Е- и М-каналов (7) (выполняет функцию селектора импульса молниевого разряда), селектор импульса молниевого разряда вариант 1 (8), и осуществляет контроль грозолокатора (9), причем второй выход генератора контрольных импульсов (1) соединен с вторым входом переключателя входов имитаторов электрического Е- и магнитного М-полей (3), а первый выход соединен с первым входом схемы временного блокирования контроля (2), второй вход которой для передачи сигнала блокирования соединен с выходом схемы совпадения импульсов Е- и М-каналов (7) селектора импульса МР вариант 1 (8) выход схемы временного блокирования контроля (2) соединен для передачи контрольного импульса с входом переключателя входов имитаторов электрического Е- и магнитного М-полей (3), первый и второй выходы которого для передачи контрольных импульсов соединены соответственно с первыми входами имитаторов электрического Е-поля (4) и магнитного М-поля (5), выходы которых связаны через пространство посредством создаваемых ими Е- и М-полей соответственно с первым и вторым входами грозолокатора (9), второй и третий выходы которого соединены соответственно с вторым и первым входами сумматора импульсов магнитных M1- и М2-каналов (6) грозолокатора (9), выход которого соединен со вторым входом схемы совпадения импульсов Е- и М-каналов (7) грозолокатора (9), первый вход которой соединен с первым Е-выходом грозолокатора (9).

Совмещенная ВСК вариант 1 работает следующим образом. Генератор контрольных импульсов (1) генерирует импульсы с заданной частотой и длительностью и выдает их с первого выхода на первый вход схемы временного блокирования контроля (2), из которой они далее поступают на первый вход переключателя входов имитаторов электрического Е- и магнитного М-полей (3), который попеременно с частотой контрольного импульса подключает их к входу имитатора электрического Е-поля (4) или к входу имитатора магнитного М-поля (5). Переключения осуществляются по импульсам с второго выхода схемы контрольного импульса (1), соединенного с вторым входом переключателя (3). Создаваемые имитаторами электрического Е- и магнитного М-полей электрическое и, через период частоты контрольных импульсов, магнитное поля воспринимаются соответствующими Е- и М-антеннами контролируемой аппаратуры грозолокатора. Полученные таким образом через пространство контрольные импульсы обрабатываются и индицируются в грозолокаторе. В случае появления молниевого разряда в Е- и М-каналах грозолокатора появляются импульсы, вызванные соответственно электрической и магнитной составляющими электромагнитной волны молниевого разряда. Так как в пеленгаторе грозолокатора задействованы две магнитные антенны, в сумматоре импульсов магнитных M1- М2-каналов (6) осуществляют суммирование, для чего на его входы подают соответствующие импульсы из M1- и М2-каналов грозолокатора (9) через второй и третий его выходы. Суммарный сигнал из сумматора импульсов магнитных M1- и М2-каналов (6) подают на вход схемы совпадения импульсов Е- и М-каналов (7) селектора импульса молниевого разряда вариант 1 (8), на другой вход схемы совпадения подают из грозолокатора (9) импульс электрической Е-составляющей электромагнитной волны МР. При одновременном появлении импульсов схема совпадения импульсов Е- и М-каналов (7) грозолокатора (9) срабатывает и выдает сигнал обнаружения МР в схему временного блокирования контроля (2), отсчитывающую с помощью входящего в его состав времера (timer'а) заранее известное время блокирования, необходимое для обработки без помех сигнала МР. Таким образом обеспечивается исключение пропуска или искажение результатов обработки импульса молниевого разряда, включая и случаи, когда его приход совпадает во времени с контрольным импульсом.

Результат контроля отображается на экране индикатора грозолокатора.

Вариант 2. Совмещенная встроенная система контроля вариант 2 в отличие от варианта 1 в качестве селектора импульса молниевого разряда содержит переключатель импульсов Е- и М-каналов (10) грозолокатора (9) и индикатор Е- или М-составляющей импульса МР (11), составляющих селектор импульса молниевого разряда вариант 2 (12), причем третий вход переключателя импульсов Е- и М-каналов (10) соединен с вторым выходом генератора контрольных импульсов (1) параллельно с вторым входом переключателя входов имитаторов электрического Е- и магнитного М-полей (3).

Совмещенная встроенная система контроля вариант 2 работает аналогично варианту 1, за исключением того, что при появлении сигнала молниевого разряда срабатывает селектор импульса молниевого разряда вариант 2 (12) на базе индикатора Е- или М-составляющей импульса МР (11), подаваемых на его вход попеременно с выхода переключателя импульсов Е- и М-каналов (10) грозолокатора (9), которые поступают на вход переключателя соответственно с первого (Е) выхода грозолокатора (9) и с выхода сумматора импульсов магнитных M1- и М2-каналов (6). Переключатель импульсов Е- и М-каналов (10) грозолокатора (9) работает синхронно с переключателем входов имитаторов электрического Е- и магнитного М-полей (3), для чего их соответствующие входы запараллелены и подсоединены к второму выходу генератора контрольных импульсов (1), причем при подключении контрольного импульса на вход имитатора магнитного поля (5) переключатель импульсов Е- и М-каналов (10) грозолокатора (9) подключает электрический Е-канал грозолокатора (9) к входу индикатора Е- или М-составляющей импульса МР (11) и наоборот. Следовательно срабатывание индикатора происходит только при появлении молниевого разряда, в результате чего он выдает сигнал в схему временного блокирования контроля (2).

Совмещенная ВСК в обоих вариантах состоит из широко применяемых электронных схем генераторов импульсов микросекундного диапазона, переключателей, схем совпадения и индикации (обнаружения), логики, времеров (timer'ов), электрических (штыревых) и магнитных (рамочные индуктивности на феррите) антенн диапазона частот от сотен герц до 0,1 МГц. Вся элементная база выпускается отечественной промышленностью или проста в промышленном изготовлении.

Применение совмещенной ВСК в аппаратуре позволит увеличить полноту контроля за счет охвата контролем обеих антенн - не только магнитной, но и электрической - через пространство.

Совмещенная ВСК не исключает использование в грозолокаторе дополнительных локальных схем ВСК для контроля отдельных функциональных специализированных устройств, например цифровых вычислителей и т.п.

Источники информации

1. С.М.Гальперин, Е.Г.Пащенко, М.Е.Соломоник. Авторское свидетельство "Устройство для контроля инструментальных ошибок пеленгатора гроз" №311229, опубликовано 29.10.1971. бюл. №24.

2. В.Д.Степаненко, С.М.Гальперин. Радиотехнические методы исследования гроз. Л.: Гидрометеоиздат, 1983.

3. Е.Г.Пащенко. К вопросу об измерениях рамочных антенн // Вопросы радиоэлектроники, 1963, сер.XII, вып.10.

4. Н.В.Бару и др. Радиопеленгаторы-дальномеры ближних гроз. Л.: Гидрометеоиздат, 1976.

Совмещенная встроенная система контроля и ее вариант для грозолокаторов, работающих в области очень низкочастотных электромагнитных полей, обеспечивает автоматический, непрерывный с заданной частотой контроль электрической и магнитной антенн и соответствующих им каналов грозолокатора посредством создания имитационных электрических и магнитных полей, разнесенных во времени, что позволяет осуществить селекцию импульса молниевого разряда в двух вариантах построения схемы селектора и автоматически блокировать цепь контроля на время обработки импульса молниевого разряда. Применение совмещенной ВСК в аппаратуре позволит увеличить полноту контроля грозолокатора за счет охвата через пространство контролем как магнитной, так и электрической антенн, при исключении пропуска или искажения результатов обработки импульса молниевого разряда в случае его совпадения во времени с импульсом контроля, что и является достигаемым техническим результатом. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Совмещенная встроенная система контроля для грозолокаторов, содержащая последовательно соединенные генератор контрольных импульсов, схему временного блокирования контроля, а также имитатор магнитного М-поля, отличающаяся тем, что введены имитатор электрического Е-поля, переключатель входов имитаторов электрического Е- и магнитного М-полей, сумматор импульсов магнитных M1- и М2- каналов грозолокатора, содержащего одну Е-антенну для приема электрической составляющей электромагнитной волны молниевого разряда и две (M1 и М2) перпендикулярно расположенные М-антенны для приема магнитной составляющей, селектор импульса молниевого разряда, состоящий из схемы совпадения импульсов Е- и М-каналов грозолокатора, причем второй выход генератора контрольных импульсов соединен с вторым входом переключателя входов имитаторов электрического Е- и магнитного М-полей, второй вход схемы временного блокирования контроля соединен с выходом схемы совпадения импульсов Е- и М-каналов грозолокатора, выход схемы временного блокирования контроля соединен с первым входом переключателя входов имитаторов электрического Е- и магнитного М-полей, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми входами имитатора электрического Е- и имитатора магнитного М-полей, выходы которых связаны через пространство посредством создаваемых ими электрического Е- и магнитного М-полей соответственно с первым и вторым входами грозолокатора, второй и третий выходы которого соединены соответственно с вторым и первым входами сумматора импульсов магнитных M1- и М2- каналов грозолокатора, выход сумматора импульсов магнитных M1- и М2-каналов грозолокатора соединен с вторым входом схемы совпадения импульсов Е- и М-каналов грозолокатора, первый вход которой соединен с первым Е-выходом грозолокатора.2. Совмещенная встроенная система контроля для грозолокаторов, содержащая последовательно соединенные генератор контрольных импульсов, схему временного блокирования контроля, а также имитатор магнитного М-поля, отличающаяся тем, что введены имитатор электрического Е-поля, переключатель входов имитаторов электрического Е- и магнитного М-полей, сумматор импульсов магнитных M1- и М2-каналов грозолокатора, содержащего одну Е-антенну для приема электрической составляющей электромагнитной волны молниевого разряда и две (M1 и М2) перпендикулярно расположенные М-антенны для приема магнитной составляющей, селектор импульса молниевого разряда, состоящий из последовательно соединенных переключателя импульсов Е- и М-каналов грозолокатора и индикатора Е- или М-составляющей импульса молниевого разряда, причем третий вход переключателя импульсов Е- и М-каналов грозолокатора соединен с вторым выходом генератора контрольных импульсов параллельно с вторым входом переключателя входов имитаторов электрического Е- и магнитного М-полей, выход схемы временного блокирования контроля соединен с первым входом переключателя входов имитаторов электрического Е- и магнитного М-полей, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми входами имитатора электрического Е- и имитатора магнитного М-полей, выходы которых связаны через пространство посредством создаваемых ими электрического Е- и магнитного М-полей соответственно с первым и вторым входами грозолокатора, второй и третий выходы которого соединены соответственно с вторым и первым входами сумматора импульсов магнитных M1- и М2-каналов грозолокатора, импульсы с выхода сумматора и первого выхода грозолокатора поступают соответственно на переключатель импульсов Е- и М-каналов грозолокатора, при появлении молниевого разряда происходит срабатывание индикатора Е- или М-составляющей импульса молниевого разряда, в результате чего он выдает сигнал в схему временного блокирования контроля.