Устройство передачи и приема сигналов с вращающегося объекта Советский патент 1988 года по МПК G08C19/28 

со 00

00

;о

1C

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для передачи и приема измерительной информации с вращающихся объектов, бесконтактной передачи энергии питания измерительной аппаратуры, устанавливаемой на объектах, а также дистанционного управления работой аппаратуры, в частности устройство может быть использовано в автоматизированных системах научных исследований (АСНИ) вращающихся машин и механизмов в ходе стендовых, ресурсных и других испытаний.

Цель изобретения - расщирение функциональных возможнос1ей путем передачи команд управления с неподвижной части на вращающуюся часть устройства.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - функциональная схема стабилизатора; на фиг. 3 - функциональня схе- .ма блока приема; на фиг. 4 - функциональная схема блока измерения; на фиг. 5 - функциональная схема демодулятора; на фиг. 6 и 7 - схема выполнения преобразователя напряжения и ток и блока источников напряжений; на фиг. 8 - временные диаграммы работы устройства; на фиг. 9 - эпюры сигнала ОФМ при изменении нагрузки на полосовой фильтр.

Устройство содержит на неподвижной части блок 1 приема, усилитель 2, первые контуры первого и второго полосовых фильтров 3 и 4 и модулятор 5, на вращающейся части - блок б из-мерения, вторые к онтуры первого и второго полосовых фильтров 7 и 8, выпрямитель 9, стабилизатор 10 и демодулятор 11.

Стабилизатор 10 (фиг. 2) содержит

; формирователь 12 опорного напряжения,

делитель 13 напряжения, преобразователь

14 напряжения в ток и блок 15 источника

напряжений.

Блок 1 приема (фиг. 3) содержит входное пороговое устройство 16, распределитель 17, коммутатор 18, цифроаналоговые преобразователи 19i, 19„, выходные канальные устройства 20i,...,20n, генератор 21 тактовых импульсов и формирователь 22 модулирующего сигнала.

Блок 6 измерения (фиг. 4) содержит первичные измерительные преобразователи 23i,...,23n, коммутатор 24, нормирующий усилитель 25, аналого-цифровой преобразователь 26, усилитель-формирователь 27 кодовых посылок, дешифратор 28 и распределитель 29.

Демодулятор 11 (фиг. 5) содержит пара- фазный формирователь 30, первый и второй компараторы 31 и 32, первый, второй, третий, четвертый, пятый, щестой и седьмой элементы И 33, 34, 35, 36, 37, 38 и 39, элемент ИЛИ 40, первый, второй и третий триггеры 41, 42 и 43, стабилизатор 44 напряжения и усилитель 45.

5

0

5

0

Устройство работает следующим образом.

На вращающемся объекте осуществляется сбор измерительных сигналов с датчиков, установленных в точках контроля тре- буемь х параметров. Эту операцию с последующей обработкой и преобразованием к виду, удобному для передачи сигналов через первый полосовой фильтр 3, 7, осуществляет блок 6 измерения. В зависимости от типа датчиков в данном блоке используются соответствующие первичные преобразователи 23),...,23л, например щироко применяются преобразователи изменения сопротивления тензодатчиков в напряжение и другие. Обязательными элементами блока 6 являются коммутатор 24 сигналов с первичных преобразователей и нормирующий усилитель 25, осуществляющий приведение сигналов к одному уровню (диапазону).

Дешифратор 28 команд управляет первичными преобразователями (например, в связи с потребностью в изменении их чувствительности, Б смещении диапазона измерения) , нормирующим усилителем (например для из.менения коэффициента усиления), а также через распределитель 29 работой коммутатора для изменения частоты опроса каналов и АЦП 26. АЦП 26 и усилитель- формирователь 27 кодовых посылок необходимы для приведения сигналов с первичных преобразователей к виду, удобному для передачи через первый полосовой фильтр 3, 7.

5

0

0

5

16, при- символ распреВ блоке 1 приема осуп 1ествляются преобразования, обратные по своим функциям, описанным выше. Для этого блок 1 содержит входное пороговое устройство нимающее решение о том, какой «ноль или «единица, был принят, делитель Г/ каналов, коммутатор 18, а также ЦАП 19i,...,19n и выходные канальные устройства 20i,...,20n. Код с выхода порогового устройства, преобразованный в необходимый вид (параллельный), поступает на со- ответствуюнхий ЦАП, с выхода которого аналоговые сигналы поступают на соответствующее входное канальное устройство. В блоке 1 приема происходит также формирование модулирующего сигнала с соот- 5 ветствующего формирователя 22 под воздействием команд, поступающих на третий вход блока 1, модулирующий сигнал вместе с тактовой частотой поступает из блока 1 приема на модулятор 5. .Модулятор реализуется в соответствии с выбранным видом модуляции. Например, при фазовой манипуляции в качестве модулятора м ожет быть использован универсальный триггер, на счетный вход которого поступает тактовая частота, а на логические - модулирующие сигналы. С модулятора начинается тракт передачи энергетического сигнала, необходимого для питания вращающейся части устройства, модулированного, например, по фазе командами. Сигнал с выхода модулятора усиливается

до необходимой мощности, определяемой потребностями вращающейся части, усилителем 2 и передается через второй полосовой фильтр 4, 8 на выпрямитель 9. Этот же сигнал поступает и на демодулятор 11. Если бы режим работы вращающейся части устройства не изменялся под воздействием команд, то можно было бы обойтись и без стабилизатора как такового. Однако изменение, например, чувствительности означает изменение тока, питающего датчики от первичных преобразователей. Такое изменение тока приводит к изменению нагрузки на второй полосовой фильтр 4, 8, т. е. изменяет его добротность. Аналогичное изменение добротности .может произойти и при изменении интервала, и при изменении числа измерительных каналов. Поскольку добротность фильтра 4, 8 определяет качество переходного процесса, обусловленного процессом модуляции, желательно предпринять меры по стабилизации нагрузки на фильтр 4, 8, т. е. его добротности. В противном случае устройство не сможет выполнять возложенные на пего функции. На фиг. 8 представлены эпюры сигналов, возникающих в устройстве, в котором используется относительная фазовая манипуляция (ОФМ). На фиг. 8а изображен сигнал тактовой частоты, поступаюцдий па счетный вход триггера, служащего модулятором, на логические входы которого поданы сигналы ОФМ (фиг. 86). Выходной сигнал модулятора (фиг. 8в) усиливается, и на входе демодулятора 11 возникает сигнал, представленный па фиг. 8г.

Рассмотрим работу демодулятора сигналов ОФМ.

В устройстве фактически уже имеется парафазный формирователь - второй полосовой фильтр, поэтому выходы с последнего могут быть сразу непосредственно поданы на компараторы 31 и 32, на которых осуществляется сравнение двух отличающихся по фазе на 180° сигналов с пороговым напряжением, получаемым из питающего путем деления, или из самого обрабатываемого сигнала. На выходах компараторов 31 и 32 получаются соответствующие цифровые сигналы. Объединяя по И инверсные выходы обоих компараторов (фиг. 8д, е), на элементе И 33 получают сигнал двойной частоты (фиг. 8ж), из которого с помощью триггера 41 формируется тактовая частота, используемая и в самом демодуляторе и в блоке измерения. Дальнейшая обработка сигна- лов в демодуляторе сводится к логическим операциям, поскольку они представлены в цифровом виде. На элемептах И 34-37 происходит перемножение сигналов с противофазными сигналами с выходов триггера 41 (фиг. 8и, к, н, о), с фиксацией результатов перемножения на триггерах 42 и 43 (фиг. 8уг, п. На элементах И 38 и 39 происходит выделение моментов смены фазы,

а на элементе ИЛИ 40 обт едипяются оба вариапта изменения фазы: с 0° па 180° и со 180° на 0° (фиг. 8р).

Из описания демодулятора видно, что основным моментом его работы является получение сигнала тактовой частоты. Однако был рассмотрен вариант функционирования демодулятора в условиях стабильной нагрузки на полосовой фильтр, когда соответствующей его настройкой была получена наилучшая для выделения сигналов форма изменения нанряжения на входе демодулятора (фпг. 8г).

Но проходящие команды могут мепять нагрузку на полосовой фильтр и в результате будеп изменяться не только амплитуда сигнала, но и его форма, например, так, как это показано на фиг. 9а. Возможно также смещение средней линии сигнала относительно нулевого уровня стабилизатора (фиг. 9б). Работа демодулятора в таких условиях становится ненадежной. Поэтому в общем случае необходим стабилизатор, который бы обеспечивал всеми необходимыми и стабильными питающими напряжениями блок 6 измерения и демодулятор 1 1 и который, кроме этого, стабилизировал бы нагрузку на полосовой фильтр 4, 8 и формировал бы потенциал общей щины.

Входы стабилизатора 10 подключены к выходам выпрямителя 9. Формирователь 12 опорного напряжения выдает на четвертый вход преобразователя 14 напряжения в ток (ПНТ) опорный уровень, на третий вход которого поступает с делителя 13 часть стабилизируемого напряжения. ПНТ преобразует разносгь напряжения между входами в ток, протекающий через него же между выводами, подключенными к первому и второму входам стабилизатора. Блок 15 источников напряжения вырабатывает все необходимые питающие напряжения. Стабилизация нагрузки осуществляется следующим образом. В исходном состоянии вырабатывается рабочий ток в ПНТ 14 с таким расчетом, чтобы диапазон изменения тока в нем совпадал с диапазоном изменения тока через блок 15 источников напряжения. При изменении тока через последний (под воздействием команд) ПНТ изменяет свой ток в обратном направлении. Пример выполнения ПНТ приведен на фиг. 6. Предположим, что нагрузка увеличилась (возрос ток через блок 15). При этом напряжение па входе стабилизатора уменьшается, а следовательно уменьшается и разность напряжений между вхОлТ.ами 3 и 4 ПНТ. Транзистор Т1 уменьшает свой коллекторный ток, являющийся базовым для транзистора Т2, а тот, в свою очередь, уменьшает свой коллекторный ток так, что суммарный ток, потребляемый от выпрямителя всем стабилизатором остается неизменным.

Описанный пример использования относительной фазовой манипуляци и конкретного демодулятора ОФМ свидетельствует о

том, что для обеспечения работоспособности последнего потребуется сформиро1зать потенциал общей шины стабилизатора таким образом, чтобы он соответствовал средней линии сигнала на выходе второго полосового фильтра 4, 8 (фиг. 8г)- В противном случае (фиг. 9б) демодуляция неосуществима. На фиг. 7 приведен возможный вариант построения блока источников напряжений, в котором осуш,ествляется формирование потенциала общей шины. В представленном блоке получается стабилизированное незаземленное напряжение, которое затем делится схемой, собранной на операционном усилителе и умножителе пополам. Предлагаемое выполнение устройства позволяет расширить функциональные возможности, позволяющие осуществлять бесконтактное дистанционное управление режимом работы измерительной аппаратуры, располагаемой на вращающихся объектах, без остановки вращения для какой-либо подстройки, наладки и прочих изменений в аппаратуре.

Формула изобретения

1. Устройство передачи и приема сигналов с вращающегося объекта, содержащее на неподвижной части блок приема, информационный выход которого является информационным выходом устройства, первый контур первого полосового фильтра, первый и второй выходы которого юдключены к первому и второму входам блока приема соответственно, усилитель, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму входам первого контура второго полосового фильтра соответственно, на вращающейся части - блок измерения, информационный вход которого является информационным входом устройства, первый и второй выходы блока измерения подключены к первому и второму входам второго контура первого полосового фильтра соответственно, второй контур второго полосового фильтра, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму входам выпрямителя, первый вход блока измерения подключен к щине нулевого потенциала, от

10

t5

20

25

30

.35

40

6

личающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем передачи команд управления с неподвижной части на вращающуюся часть устройства, в него введен на неподвижной части модулятор и блок приема выполнен многоканальным, третий вход блока приема является управляющим входом устройства, первый и второй выходы блока приема подключены к первому и второму входам модулятора, соответственно, выход которого подключен к входу усилителя, на вращающейся части введены стабилизатор, демодулятор и блок измерения выполнен многоканальным,первый и второй выходы выпрямителя подключены к первому и второму входам стаби.тизатора соответственно, выходы которого подключены к входам питания блока измерения и демодулятора, первый и второй выходы второго контура второго полосового фильтра подключены к первому и второму входам демодулятора соответственно, первый и второй выходы которого подключены к второму и третьему входам блока измерения соответственно, третьим входы демодулятора и стабилизатора объединены с шиной нулевого потенциала.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что стабилизатор содержит формирователь опорного напряжения, делитель напряжения, преобразователь напряжения в ток и блок источников напряжений, первые входы формирователя опорного напряжения, делителя напряжения, преобразователя напряжения в ток и блока источников напряжений объединены и являются первым входом стабилизатора, вторые входы формирователя опорного напряжения, делителя напряжения, преобразователя напряжения в ток и блока источников напряжений объединены и являются вторым входом стабилизатора, выходы делителя напряжения и формирователя опорного напряжения подключены к третьему и четвертому входам преобразователя напряжения в ток соответственно, выходы блока источников напряжений являются выходами стабилизатора, третий вход блока источников напряжений является третьим входом стабилизатора.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть иснользовано для передачи и приема измерительной информации с вращающегося объекта, бесконтактной передачи энергии питания измерительной аппаратуры, устанавливаемой на объектах, а также дистанционного управления работой такой аппаратуры. Цель изобретения - расщирение функциональных возможностей путем передачи команд управления с неподвижной на вращающуюся часть устройства. Устройство содержит на неподвижной части блок приема, усилитель, первые контуры первого и второго полосовых фильтров, модулятор, на вращающейся части блок измерения, вторые контуры первого и второго полосовых фильтров, выпрямитель, стабилизатор, демодулятор. Стабилизатор содержит формирователь опорного напряжения, делитель напряжения, преобразователь напряжения в ток и блок источников напряжений. Устройство, благодаря введению в него модулятора, стабилизатора и демодулятора, позволяет осуществить бесконтактное дистанционное управление режимом работы измерительной аппаратуры, располагаемой на вращающемся объекте, без остановки вращения для какой-либо подстройки, наладки и прочих изменений в аппаратуре. 1 з.п.ф-лы, 9 ил. (Л

1

(риеIT

15

Фиг. 2

Фиг.З

ФигЛ

30

31

J2

JJ

;

о

с -(/

Фиг. 5

Фиг. 6

-Фиг.

лпшишпллжь

5 ПП

и и

juuuuumiuuuL

р П П

я гиru

л

А/

(рие.б

HijAe8ou уровень

HijAeSou (/робень