Устройство для передачи и приема информации с вращающегося механизма Советский патент 1982 года по МПК G08C19/00 

Изобретение относится к телеизмерительной технике и может быть использовано для передачи информации с вращающихся или подвижных механизмов, например, при испытаниях авиационных воздушных винтов и турбин; трансмиссий, используемых в авиации, железнодорожном, морском и автомобильном транспорте, тракторах, в подвижных установках, в машиностроении; компрессорных установок, генераторов постоянного и переменного тока, вало различного назначения, вентиляторов аэродинамических труб. Известна система -передачи информации с вращающихся механизмов, состоящая из стационарного устройства и устройства, .устанавливаемого на вращающемся валу. Питание передающего устройства осуществляется от генерат, тора стационарного устройства через трансформатор, образованный одной подвижной катушкой и другой вращающей ся, подключенной ко входу источника питания передающего устройства. Информация от датчика, установленного на вращающемся валу, передается на радиочастоте с частотной модуляцией (ЧМ) и затем демодулируется в стационарном устройстве Г 1 J. Недостатком этой системы явлнется отсутствие возможности перестройки характеристик передающего устройства, например чувствительности, диапазона измерений и др., в процессе работы, а то, что на несущей радиочастоте передается информация лишь об одном параметре - моменте на валу. Известна многоканальная телеметрическая система для передачи и приема информации с вращающегося механизма. Передающее устройство этой системы состоит из 21-го датчика термосопротивления, присоединенных ко входам двухполюсного шагового коммутатора, который поочередно подключает датчики на вход ЧМ-передатчика. Питание передающего устройства осуществляется от ртутных батарей через скользящие контактные кольца. Приемное устройство состоит из последовательн соединенных ЧМ-приемника полосового фильтра, частотомера и осциллографа 2. Недостатками данной системы являютсл отсутствие возможности дистанционного управления работой передающего устройства в процессе испытаний и ограниченный ресурс непрерывной работы, обусловленный применением контактных токосъемников, ресурс рабо ты которых в тяжелых условиях часто не превышает нескольких- часов. В настоящее время, например, при проведении испытаний по определению усталостных повреждений вращающихся конструкций двигателей, турбин, авиа ционных воздушных винтов и др. телеметрические системы должны обеспечивать достоверные измерения непрерывно в течение нескольких сотен и тысяч часов. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является уст ройство для передачи и приема информации с вращающегося механизма. Питание передающей стороны осуществля ется бесконтактным способом с помощью воздушного трансформатора, образованного одной неподвижной катушкой и другой вращающейся катушкой, установленной вместе с передающим устройством на вращающемся механизме. Вход неподвижной катушки через выходной блок (усилитель мощности) и преобразователь частоты подключен генератору тактовых импульсов приемного устройства. К выходам указанной вращающейся катушки подключен блок выпрямления и стабилизации напряжения для передающей стороны. С помощь аналогичного воздушного трансформато ра осуществляется передача измерител ного многоканального сигнала с передающей стороны на приемную. Передающая сторона содержит последовательно соединенные формирователь тактовых импульсов, преобразователь частоты, хронизатор, выходы которого соединены с соответствующими входами коммутатора каналов, преобразователя информации и формирователя кадровых импульсов. Выход коммутатора соединен с информационным входом преобраз вателя информации. Выходы преобразователя информации и формирователя кадровых импульсов объединяются с помощью элемента ИЛИ, выход которого через выходной блок и фильтр соединен с одной из вращающихся катушек. На приемной стороне устройство содержит последовательно соединенные фильтр, регенератор сигналов, селектор канальных сигналов, преобразователь информации и блок оконечного преобразования. Кроме того, на приемной стороне установлен селектор кадровых импульсов, вход которого соединен с Выходом регенератора сигналов, а выход - с одним из входов кодирующего преобразователя и распределителя каналов, другой вход кодирующего преобразователя соединен с выходом решающего блока, один из входов которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, другой - с выходом селектора канальных сигналов ГзЗ Однако при проведении, например, усталостных испытаний изменяются условия испытаний, что приводит к изменению условий измерений и самих требований к измерениям. В процессе таких испытаний необходимо изменять чувствительность по отдельным каналам, производить смещение диапазонного измерения(смещение нуля), изменение частот опросов по каналам. Известно, что для исключения неоправданных перегрузок общего линейного тракта системы указанные перестройки целесообразно производить в передающей аппаратуре, как можно ближе к ее входам. В противном случае, например при наличии смещения, требуется неоправданно расширять динамический диапазон линейного тракта системы. Заметим, что при использовании, например, в качестве датчиков тензорезисторов смещение диапазона (смещение нуля) может значительно, превышать динамический диапазон изменения сигнала. Это приводит к нерациональному использованию линейного тракта системы, приводящему к увеличению погрешности измерения, снижению помехозащищенности. Повысить эффективность работы системы не удается даже при тщательном предварительном отборе тензорезисторов, так как после наклеивания тензорезисторов вновь возникает раз-i баланс величин сопротивлений, приводящии к смещению нуля, устранение которого в условиях вращения затруднительно. Известная система имеет ог раниченные функциональные возможности. В частности, при усталостных испытаниях часто изменяются режим испытаний, например частота воздействий на испытуемый механизм. В извест ной системе при смене программ испытаний невозможно изменить, например, частоты опросов по каналам в зависимости от характера контролируемых процессов. При испытаниях различных механизмов с разным числом контролируемых параметров из-за ограниченных функциональных возможностей нельзя эффективно использовать все каналы системы. Целью изобретения является повышение эффективности работы системы и расширение ее функциональных возможностей. Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее на пере дающей стороже блок выпрямления и стабилизации напряжения, вход которо го и вход формирователя тактовых импульсов подключены к вращающимся катушкам, первый выход формирователя тактовых импульсов соединен с первым входом преобразователя частоты, выход которого подключен ко входу хронизатора и к первому входу преобразо вателя информации, выходы хронизатор соединены с соответствующими входами коммутатора каналов и преобразовател информации, второй вход которого под ключен к выходу коммутатора каналов, выход соединен через выходной блок с вращающимися катушками, на приемной стороне - фильтр, выход которого через регенератор подключен к первом входу преобразователя информации, вт рой вход которого и первый вход преобразователя частоты соединен с выхо дом генератора тактовых импульсов, выход преобразователя информации сое динен с первым входом блока оконечного преобразования, ко вторым входам которого подключены выходы перво го распределителя, выход выходного блока и вход фильтра соединены с неподвижными катушками, введены на передающей стороне дешифратор команд, первые выходы которого подключены к первым входам коммутатора каналов, второй выход - ко второму дходу пре образователя частоты, третьи - к .третьим входам преобразователя информации, первый и второй выходы формирователя тактовых импульсов, выходы преобразователя частоты и хронизатора соединены с соответствующими входами дешифратора команд, на приемной стороне введены блок формирования команд, второй распределитель, фазовый модулятор и шифратор команд, выход которого соединен с первым входом фазового модулятора, второй вход которого подключен к выходу преобразователя частоты, выход ко входу выходного блока, информационные выходы блока формирования команд подключены к первым входам первого распределителя, управляющий выход которого соединен с соответствующими входами блока формирования команд и шифратора команд, информационные выходы первого распределителя подключены к первым входам шифра тора команд, вторые входы соединены с выходами второго распределителя, вход которого и тактовый вход блока формирования команд подключены к выходу генератора тактовых импульсов, первый выход блока формирования комйнд подключен ко второму входу преобразователя частоты, второй выход ко входу генератора тактовых импульсов и к соответствующему входу шифратора команд. На чертеже приведена функциональная схема устройства. Схема состоит из передающей 1 и приемной 2 сторон. На передающей стороне 1 установлены формирователь тактовых импульсов 3. преобразователь частоты k, хрюнизатор 5 коммутатор каналов 6, преобразователь информации 7, выходной блок 8, две вращающиеся вместе с механизмами катушки 9, дешифратор команд 10, блок 11 выпрямления и стабилизации напряжения. На приемной стороне 2 установлены генератор тактовых импульсов 12, преобразователь частоты 13, фазовый модулятор , выходной блок 15, две неподвижные катушки 16, фильтр 17, регенератор 18, преобразователь информации 19, два распределителя 20 и 21, блок оконечного преобразования 22, блок формирования команд 23, шифратор команд 2. Устройство работает следующим обра зом. На вход выходного блока 15, представляющего усилитель мощности, через преобразователь частоты.13 и фазовый модулятор )4 поступают сигналы от генератора тактовых импульсов 12/ При этом преобразователь частоты 13 обеспечивает преобразование частоты генератора 12 в частоту сигнала, удобного для передачи через первый воздушный трансформатор, образованный одной из неподвижных катушек 16 иОДНОЙ из вращающихся катушек 9. Выходной сигнал блока 15 поступает на упомянутую неподвижную катушку. При этом с упомянутой вращающейся катушки снимаются сигналы на блок 11 выпрямления и стабилизации напряжения и на вход формирователя тактовых импульсов 3- В блоке 11 обеспечивается двухполуперийдное выпрямление сигнала, за счет чего манипуляция фазы в модуляторе не отражается заметно на работе выпрямителя в блоке 11, в котором также производится стабилизация напряжений питания передающей стороны 1. Формирователь тактовых импульсов 3 вырабатывает на выходе, соединенном со входом преобразователя частоты , импульс при поступлении на его вход как положительной, так и отрицательной полуволны сигнала, снимаемого с одной из катушек 9. Указанное формирование сигнала реализуется стандартными устройствами, например пороговыми устройствами. При этом из входных сигналов с фазовой модуляцией на входе формирователя 3 получаем близкие к периодической последовательности импульсы.с удвоенной частотой. На другом выходе формирователя 3 из входных сигналов формируется последовательность импульсов с сохранением фазовой модуляции, которая поступает на один из входов дешифратора команд 10, где осуществляется демодуляция сигналов и дешифрация команд. С помощью преобразователя частоты k осуществляется преобразование соответствующего выходного сигнала формирователя 3 к частоте генератора тактовых импульсов 12. Выходными сигналами преобразователя частоты k и хронизатора 5 обеспечивается переключение каналов коммутатора 6 и работа преобразователя информации 7, формирующего выходной многоканальный сигнал, например, в виде импульсов с времяимпульсной модуляцией. Сформированный выходной сигнал через выходной блок 8, представляющий усилитель мощности, подается на вторую

ИЗ вращающихся катушек 9, образующую с другой неподвижной катушкой 16 второй воздушный трансформатор для информационных сигналов. Информационные .сигналы с выводов второй неподвижной катушки 16 через фильтр 17 подаются на вход регенератора 18. Фильтр 17 ослабляет проникновение относительно мощных сигналов питания передаваемого через первый воздушный трансформатор. Регенератор 18 обеспечивает дополнительное ослабление помех и формирование информационного сигнала в приемном устройстве. Информационный сигнал с выхода регенератора 18 поступает на один из входов преобразователя 19, формирующего на выходе многоканальный сигнал в цифровой форме, который подается в блок формирования команд 23 и в блок 22 оконечного преобразования.

На приемной стороне 2 в устройство введен блок формирования команд 23, который вырабатывает команды для необходимых перестроек передающей стороны, а сигнал кадровой синхронизации. Команды, формируемые блоком 23, передаются для перестроек отдельных каналов (изменение чувствительности, диапазона сигнала, смещение нуля), а также для групп каналов (изменение программы, опросов каналов в коммутаторе, кадровая синхронизация, изменение параметров преобразователя 7). Все команды разделены во времени. При этом команды, предназначенные для отдельных каналов, уплотняются 8 течение отдельного канального интервала и этим командам отводятся определенные позиции канального интервала, что позволяет выделить эти команды на передающей стороне. Команды кодируются а шифраторе команд 2Ц и поступают на вход фазового модулятора И, на выходе jKOToporo фаза передаваемого сигнала принимает два значения: О и . Заметим, что при указанной фазовой модуляции передача команд практически не оказывает влияние наработу двухполупериодного выпрямителя фазово-модулированного сигнала в блоке 11 выпрямления и стабилизации напряжения. В дешифраторе команд 10 осуществляется выявление .сигнала кадровой синхронизации, передаваемого с приемной стороны 2, выделение уплотненных во времени команд и фиксация их до прихода очередных команд. Фактически в системе использовано два канала связи между передающей и приемной сторонами информационный канал и канал передачи высокочастотных сигналов питания по которому производится и передача команд для передающего устройства. Информационные канальные сигналы и сигналы команд по обоим каналам передаются синхронно и синфазно. Синхронность обеспечивается за счет использования основной частоты генератора тактовых импульсов 12 и его кратных.частот, в приемном и передаю.щем устройствах. Синфазность достигается сигналами кадровой синхронизации, формируемыми на приемной стороне и передаваемыми через канал питания в передающее устройство. При такой синхронизации достигается разделение как информационных сигналов, так и сигналов команд. Использование фазовой модуляции при передаче коман через канал питания не приводит к заметному влиянию их на двухполупериодные выпрямители, используемые в блоке 11 передающего устройства.

В устройстве частота генератора тактовых импульсов выбрана равной 4 МГц, по каналу питания передаются сигналы с частотой в 2 МГц. По информационному каналу передаются сигналы с времяимпульсной модуляцией длительностью 2 мкс. Диаметр катушек в обоих каналах 150 мм. В блоке выработки команд для изменения диапазонов измерения величины деформации и смещения диапазона (нуля) по каждому каналу, в качестве датчиков деформаций использованы тензорезисторы.

Известно, что даже предварительно отобранные тензорезисторы после наклеивания оказываются неодинаковыми по величине, что приводит к сме щению диапазона измерения (смещения нуля). Это смещение, нередко превышающее диапазон изменения величины сопротивления тензорезисторов, либо перегружает линейный тракт системы, ;г1ибо влечет к необходимости нежелательного расширения динамического диапазона линейного тракта системы. Подгонка величин тензорезисторов на вращающихся механизмах вызывает серь езные затруднения. В разработанной системе смещение нуля устраняется во входных цепях коммутатора, представляющего многоканальный тензопре-.

образователь, путем передачи соответствующих команд в двоичном коде из приемного устройства. Эти команды по каждому из каналов формируются в блоке формирования команд вручную с помощью переключателей при настройке системы. С помощью аналогичных команд в системе осуществляется изменение диапазонов измерения -величин

0 деформаций. Указанные перестройки в системе можно производить и в процессе испытаний, что создает значительные удобства, например, при длительных прочностных исследованиях и тем самым повышает эффективность работы телеметрической системы и х:амих исследований.

Предлагаемая система допускает изменение программы работы коммутатора за счет передачи из приемного уст- ройства соответствующих команд в зависимости от вида испытуемого узла или механизма и характера испытаний. При этом изменяется число измерительных каналов и частота опросов (информативность), по ним 2}. Одновременным изменением параметров преобразователей частоты k и 13, преобразователя 7 и генератора тактовых импульсов 12 соответствующими командами блока 23 достигается одновременное изменение частоты опросов по всем каналам системы (изменение информативности системы) при сохранении частоты сигнала в канале питания и. параметров сигнала в информационном канале. Сохранение параметров указанных сигналов вызвано необходимостью согласования их-с обоими каналами связи, образованными катушками 9 и 1б воздушных трансформаторов. Изменение программы опросов по отдельным каналам и изменение информативности системы обеспечивают расширение ее функциональных возможностеи, напримерi в условиях проведения прочностных испытаний. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение эффективности работы и расширение его функциональных возможностей, которые достигнуты при незначительном усложнении передающей стороны 1, что особенно важно при использовании аппаратуры на вращающихся механизмах, когда на эту аппаратуру накладываются жесткие весогабаритные ограничения. Эффективность работы предложенной системы может быть дополнительно повышена при автоматической выработке команд в блоке 23, например, с помощью ЭВМ, использовать которую на вращающемся механизме в передающем .устройстве по указанным причинам в настоящее время практически невозможно. Формула изобретения Устройство для передачи и приема информации с вращающегося механизма содержащее на передающей стороне блок выпрямления и стабилизации напряжения, вход которого и вход формирователя тактовых импульсов подключены к вращающимся катушкам,, первый выход формирователя тактовых импульсов соединен с первым входом преобразователя частоты, выход которого подключен ко входу хронизатора и к первому входу преобразователя информации, выходы хронизатора соединены с соответствующими входами коммутатора каналов и преобразователя информации, второй вход которого подключен к выходу коммутатора каналов, выход соединен через выходной блок с вращающимися катушками,.на приемной стороне -фильтр, выход которого через регенератор подключен к первому входу преобразователя информации, второй вход которого и первый вход преобразователя частоты соединены с выходом генератора тактовых импульсов, выход преобразователя информации соединен с первым входом блока оконечного преобразования, ко вторым входам которого подключены выходы первого распределителя, выход выходного блока и вход фильтра соединены с неподвижными катушками, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, в него на передающей стороне введены дешифратор команд, первые выходы которого подключены к первым входам коммутатора каналов, второй выход - ко второму входу преобразователя частоты, третьи - к третьим входам преобразователя информации,первый и второй выходы формирователя тактовых импульсов, выходы преобразователя частоты и хронизатора соединены с соответствующими входами дешифратора команд, на приемной стороне введены блок формирования команд, второй распределитель, фазовый модулятор и шифратор команд, выход которого соединен с первым входом фазового модулятора, второй вход которого подключен к выходу преобразователя частоты, выход ко входу выходного блока, информационные выходы блока формирования команд подключены к первым входам первого распределителя, управляющий выход которого соединен с соответствующими входами блока формирования команд и шифратора команд, информационные выходы первого распределителя подключены к первым входам шифратора команд, вторые входы соединены с выходами второго распределителя, вход которого и тактовый вход блока формирования команд подключены к выходу генератора тактовых импульсов, первый выход блока формирования команд подключен ко второму входу преобразователя частоты, второй выход - ко входу генератора тактовых импульсов и к соответствующему входу шифратора команд. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3850030, кл. 75-136А, 197. 2.Достижения е области телеметрии. Под ред. А,П. Мановцева. М., Мир, 1970, 283-205. 3.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2675132/2(, кл. G 08 С 19/12, 1978 (прототип).

fiidr

«4