СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ ЧЕРЕЗ КОНТАКТНЫЙ РАЗЪЁМНЫЙ СОЕДИНИТЕЛЬ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2021 года по МПК G01V1/22 

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для передачи на вход регистрирующего устройства измерительного сигнала низкого уровня постоянного тока и промышленной частоты через разъемный контактный соединитель. В частности, оно может быть использовано для передачи сигналов распределенного сейсмоприемника в составе многоканального многосекционного устройства.

Известно сейсмоприемное устройство [1], содержащее пьезоэлектрический или электродинамический приемник с резистивным шунтом и дифференциальным усилителем на конце линии, подключаемым к сейсмоприемнику с помощью секционированной двухпроводной линии.

Недостатком устройства является искажение сигнала низкого уровня за счет искажений на контактах межсекционных соединительных разъемов.

Известно сейсмоприемное устройство [2], содержащее распределенный пьезоэлектрический двухполюсник, резистивный шунт, операционный усилитель, охваченный частотно-избирательной обратной связью в виде резистивно-емкостного трехполюсника и двухпроводную линию связи.

Недостатком устройства является искажение сигналов низкого уровня из-за ненулевого провода общей шины и потери на контактах межсекционных соединительных разъемов.

Наиболее близким решением является способ передачи сигналов, реализованный в устройстве [3]. Оно выбрано в качестве прототипа.

Устройство содержит распределенный пьезоэлектрический датчик, дифференциально подключенный на вход двух охваченных резистивной отрицательной обратной связью операционных усилителей, выходы которых подключены на выходные контакты разъемного соединителя.

Недостатком устройства является ограничение минимального уровня через контакты соединителя сигнала датчика на уровне 1 мВ [4, 5, 6], тогда как минимальный уровень реального передаваемого сигнала может составлять менее 2 мкВ [7].

Целью предполагаемого изобретения является обеспечение неискаженной передачи аналоговых сигналов датчика низкого уровня через контактный разъемный соединитель.

Цель достигается тем, что в известном способе, осуществляющем передачу сигналов датчика потребителю через разъемный соединитель, согласно заявляемому способу, сигнал датчика суммируется с опорным сигналом на передающей стороне соединителя, превышающем максимальное значение выходного сигнала датчика, с последующим вычитанием опорного сигнала на приемной стороне разъемного соединителя.

В известное устройство, содержащее последовательно включенные датчик, два дифференциально включенных операционных усилителя, каждый из которых, охвачен резистивной отрицательной обратной связью и подключенные к двум выходным линиям связи, согласно заявляемому устройству вновь введены два повторителя с высокоомным полевым входом, выход которых нагружен резистором, входы каждого соединены с выходом датчика, выход повторителей через резистивный вход подключен к инвертирующему входу дифференциально включенных двух операционных усилителей, охваченных отрицательной обратной связью, выходы которых подключены к контактам разъемного соединителя на передающей стороне устройства, каждый контакт которого на приемной стороне соединителя через входной резистор подключен на инвертирующий вход вновь введенных двух операционных усилителей, выходы которых подключены к дифференциальному входу конечного потребителя, и неинвертирующий вход которых через дополнительный контакт соединителя подключен к источнику опорного сигнала на передающей стороне, выход которого одновременно подключен на неинвертирующий вход усилителей на передающей стороне.

Согласно заявляемому способу через контактный соединитель вместе с передачей измерительного сигнала датчика передается сигнал постоянного уровня, превышающий максимальный уровень сигнала датчика на величину, превышающую уровень контактного перехода соединителя, благодаря чему полезный сигнал передается без искажений. На принимающей стороне соединителя опорный сигнал вычитается.

Таким образом, суммирование и последующее вычитание из суммарного сигнала на принимающей стороне соединителя опорного сигнала высокого уровня, обеспечивает условие неискаженной передачи измерительного сигнала на уровне 10^-6 В.

Сравнительный анализ заявляемого технического решения с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии его критерию «новизна».

Из патентной и научно-технической литературы неизвестны вышеуказанные отличительные признаки способа и устройства в предложенной совокупности. Таким образом, заявляемый способ передачи измерительного сигнала низкого уровня через разъемный соединитель и устройство для его осуществления удовлетворяют критерию «изобретательский уровень».

Заявляемые способ и устройство для его осуществления позволяют, в частности, передавать измерительную информацию через разъемный соединитель без специальных устройств, используя те из них, которые уже применяются для передачи различного рода потоков электрической энергии. При этом обеспечиваются необходимые условия для передачи измерительного сигнала для безотказной работы с измерительными цепями.

Таким образом, заявляемый способ и устройство удовлетворяют критерию «промышленная применяемость».

Заявляемые способ и устройство поясняются чертежом, где изображена структурная схема устройства для передачи аналогового сигнала низкого уровня через контакты разъемного соединителя.

На схеме использованы следующие обозначения:

1 - распределенный высокоомный пьезоэлектрический датчик (сей-смоприемник);

2 - витая пара;

3, 4 - полевой высокоомный вход повторителя;

5, 6 - повторитель;

7, 8 - нагрузочный резистор;

9, 10- входной резистор на передающей стороне;

11,12 - операционный усилитель на передающей стороне;

13, 14 - резистор отрицательной обратной связи;

15 - источник опорного сигнала;

16, 17, 18 - штырь разъемного соединителя;

19 - разъемный соединитель (разъем);

20, 21, 22 - гнездо разъемного соединителя;

23, 24 - входной резистор на принимающей стороне;

25, 26 - операционный усилитель на принимающей стороне;

27, 28 - резистор отрицательной обратной связи;

29, 30-дифференциальный вход потребителя;

31 - потребитель.

Распределенный пьезоэлектрический датчик (сейсмоприемник) 1 с помощью протяженной витой пары 2 подключен на неинвертирующий вход 3, 4 двух высокоомных повторителей 5, 6, выход которых нагружен резисторами 7, 8 и, одновременно, соединен с входным резистором 9, 10, подключенном на вход операционных усилителей 11, 12, охваченных резистивной 13, 14 отрицательной обратной связью, выходы которых подключены к штыревым контактам 16, 17 разъемного соединителя 19, гнездовые контакты 20, 21 подключены через резисторы 23, 24 на инвертирующий вход операционных усилителей 25, 26, охваченных с помощью резисторов 27, 28 отрицательной обратной связью, выходы которых 29, 30 подключены на дифференциальный вход потребителя 31, выход источника опорного сигнала 15 через дополнительные контакты 18, 22 подключен на неинвертирующий вход операционных усилителей 11, 12 и 25, 26, соответственно.

Устройство работает следующим образом. Измерительный сигнал датчика 1 по витой паре 2, поступает на высокоомные неинвертирующие входы 3, 4 повторителей 5, 6, нагруженными резисторами 7, 8, обеспечивающих привязку выходного сигнала повторителя к нулю. С выхода повторителей 5, 6 через резисторы 9, 10 сигнал поступает на вход операционных усилителей 11, 12, охваченных с помощью резисторов 13, 14 отрицательной обратной связью, с выхода которых через штыревые контакты 16, 17 и гнездовые контакты 20, 21 разъемного соединителя 19 и резисторы 23, 24 поступает на инвертирующие входы операционных усилителей 25, 26, охваченных с помощью резисторов 27, 28 отрицательной обратной связью. Выходной сигнал операционных усилителей 25, 26 с выходов 29, 30 поступает на дифференциальный вход потребителя 31. Одновременно, сигнал опорного источника 15 поступает через дополнительные контакты 18, 22 соединителя на неинвертирующий вход операционных усилителей 25, 26, где суммируется с выходным сигналом операционных усилителей 11, 12, соответственно, и на неинвертирующий вход операционных усилителей 11, 12, охваченных с помощью резисторов 13, 14 отрицательной обратной связью, где суммируется с сигналом повторителя 5, 6, соответственно.

При условии:

- выходной сигнал датчика равен ±е;

- внутренний коэффициент усиления операционных усилителей много больше 1, например, ОУ 1484Д2У (AD820);

- все резисторы равны R;

- уровень опорного сигнала при, например 1,1 максимального значения уровня выходного сигнала датчика, равен U₀;

- выходной сигнал U₂₅ и U₂₆ равен:

U₂₅=-U₁₁+U₀=-(-е+U₀)+U₀=e-U₀+U₀=e;

U₂₆=-U₁₂+U₀=-(e+U₀)+U₀=-e-U₀+U₀=-е.

е - выходной сигнал датчика (сейсмоприемника) 1;

U₀ - опорный сигнал источника 15;

U₂₅ - выходной сигнал операционного усилителя 25;

U₁₁ - выходной сигнал операционного усилителя 11;

U₂₆ - выходной сигнал операционного усилителя 26;

U₁₂ - выходной сигнал операционного усилителя 12.

Таким образом, устройство обеспечивает неискаженную передачу сигнала датчика низкого уровня с погрешностью в пределах точности резисторов.

Источники информации.

1. Патент США №3939468, кл. 340-17, опублик. 1976.

2. Авторское свидетельство СССР №573785, кл. G01V 1/28, 1974.

3. Авторское свидетельство СССР №995045, кл. G01V 1/22, 1983 (прототип).

4. И.Б. Бондаренко, Ю.А. Гатчин, Н.Ю. Иванова, А.А. Шилкин. Соединители и коммуникационные устройства. Учебное пособие. ИТМО С. Петербург, 2007 г.

5. Леонид Сафонов, Александр Сафонов. Электрические прямоугольные соединители. Анализ физических процессов в контактах. Технологии в электронной промышленности №6, 2007 г.

6. Классификация электрических соединителей. URL:http://www.Stud. izhdv.ru/rir/58.htm.

7. DigiSTREAMER Интегрированная система сбора морских сейсмических данных. США, Техас, г. Стаффорд. Рекламный проспект.

8. Шланговая гидрофонная секция буксируемого стримера. Патент РФ №RU 2136019 С1, кл. G01V 1/38, 1999.

9. Секция шлангового буксируемого стримера (варианты). Патент РФ №RU 2229734 С2, кл. G01V 1/38, 2004.

10. Гидрофонный модуль гибкой протяженной антенны и способ заполнения его жидким заполнителем. Патент РФ №RU 2319985 С1, кл. G01V 1/38, 2008.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для передачи измерительного сигнала сейсмоприемника низкого уровня на вход регистрирующего устройства через разъемный контактный соединитель. Для этого в способе применяют суммирование передаваемого сигнала датчика низкого уровня с опорным сигналом высокого уровня, превышающим максимальный уровень сигнала датчика, с последующим вычитанием опорного сигнала на выходной стороне соединителя. Для этого устройство содержит на передающей стороне соединителя распределенный сейсмоприемник (двухполюсник), каждый выход которого подключен на высокоомный вход каждого из двух повторителей, выход которых нагружен резистором, через выходной резистор подключен на инвертирующий вход каждого из двух операционных усилителей на передающей стороне, охваченных отрицательной обратной связью, каждый выход которых через контактный соединитель и входной резистор на приемной стороне подключен к инвертирующему входу каждого из двух операционных усилителей, охваченных отрицательной обратной связью, выходы которых подключены к дифференциальному входу конечного потребителя, неинвертирующий вход которых через дополнительный выход контактного соединителя подключен к источнику опорного сигнала на передающей стороне, выход которого одновременно подключен на неинвертирующий вход операционных усилителей на передающей стороне. Технический результат - обеспечение неискаженной передачи аналоговых сигналов датчика низкого уровня через контактный разъемный соединитель. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ передачи сигналов низкого уровня через разъёмный контактный соединитель, при котором осуществляют неискажённую передачу аналоговых электрических сигналов датчика низкого уровня к потребителю, отличающийся тем, что сигнал датчика перед подачей на выходной штыревой контакт разъёмного соединителя суммируют с опорным сигналом постоянного уровня, превышающим максимальный уровень выходного сигнала датчика, с последующим вычитанием опорного сигнала на приёмной стороне разъёмного соединителя.

2. Устройство для передачи сигналов датчика низкого уровня через разъёмный контактный соединитель, содержащее высокоомный датчик сигнала, например распределённый пьезоэлектрический двухполюсник – сейсмоприёмник, два операционных усилителя с резистивной отрицательной обратной связью, подключённые к выходным штыревым контактам разъёмного соединителя, отличающееся тем, что введены два повторителя с полевым входом, последовательно соединённые с входным резистором операционных усилителей, охваченных резистивной отрицательной обратной связью, выход каждого из которых соединён на передающей стороне со штыревым выходным контактом разъёмного соединителя, входной гнездовой контакт которого подключён к инвертирующему входу через входной резистор каждого из вновь введённых двух операционных усилителей на приёмной стороне соединителя, выходы которых подключены к дифференциальному входу потребителя, неинвертирующий вход которых подключён через дополнительный разъёмный контакт соединителя к источнику опорного сигнала, в свою очередь, подключённому к неинвертирующему входу каждого операционного усилителя на передающей стороне.