Способ передачи и приема импульсов измерительных сигналов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к телеметрии и тензометрии с импульсной передачей измерительных сигналов. Целью изобретения является повышение помехоустойчивости путем согласования частотного спектра импульсов измерительных сигналов с полосой пропускания канала связи. Способ передачи и приема импульсов измерительных сигналов заключается в формировании на каждом канальном интервале последовательности модулированных по амплитуде исходных импульсов, соответствующих измерительным сигналам, преобразовании каждой из которых, передачи их и приеме, на каждом канальном интервале при передаче преобразуют в четное количество знакочередующихся импульсов, имеющих одинаковые длительности и модули немодулированных амплитуд, соответствующих исходным, при приеме на каждом интервале импульсы положительной полярности задерживают, импульсы отрицательной полярности задерживают и инвертируют, затем формируют сигнал, амплитуда которого соответствует сумме амплитуд принятых сигналов в соответствии с временными интервалами их задерживания. Устройство для передачи и приема импульсов измерительных сигналов, содержащее тензорезисторный датчик, тензоусилитель, подключенный к входу канала, источник импульсного питания тензорезисторного датчика, к выходу канала подключены информационные входы блока выборки и хранения, управляющие входы которых соединены с выходами синхронизатора, синхронизированного с работой источника импульсного питания, информационные выходы блока выборки и хранения соединены с соответствующими входами сумматора-вычитателя. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к телеметрии и тензометрии с импульсной передачей измерительных сигналов.

В телеметрии и тензометрии в качестве переносчика измерительной информации широко используются сигналы с амплитудно-импульсной модуляцией первого рода (АИМI). Существенным недостатком импульсных измерительных сигналов с АИМI является широкополосность их частотных спектров [1]. Из-за ограниченности полосы частот пропускания реальных каналов передачи и преобразования импульсных измерительных сигналов неизбежны перекрестные (переходные) искажения сигналов с АИМI [2, 3], приводящие к взаимному влиянию каналов в многоканальной телеметрии и тензометрии.

Известен способ снижения взаимного влияния каналов из-за искажений амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) канала в области низких частот, основанный на использовании сигнала с биполярной дискретизацией [4] (прототип), в частотном спектре которого отсутствуют постоянная и полная составляющие. Этот способ, состоящий в согласовании спектра сигнала с биполярной дискретизацией и полосы частот пропускания канала, оказывается эффективным лишь в том случае, если все составляющие спектра не попадают в область искажений АЧХ канала на низких частотах. Прием сигнала с биполярной дискретизацией в известном способе сводится к выделению первой гармоники спектра и боковых спектральных составляющих вокруг нее, образующих сигнал с амплитудной модуляцией, и детектированию выделенного сигнала [4]. При этом биполярная дискретизация не обеспечивает повышения соотношения сигнал/шум по сравнению с обычной однополярной дискретизацией, представляющей сигнал с АИМI. Известно, что сигналы с АИМI имеют самую низкую помехозащищенность [4], что ограничивает области их использования.

Таким образом, известному способу передачи и приема импульсов измерительных сигналов присущи следующие недостатки: ограничение возможности известного способа по согласованию спектра сигнала с полосой частот пропускания канала, вызываемая тем, что в спектре биполярно-дискретизированного сигнала удается исключить лишь постоянную и полезную составляющие. При определенных частотах опроса измерительных каналов [4] "применение биполярной дискретизации ничего не даст"; низкая помехозащищенность принимаемых сигналов.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости путем согласования спектра импульсного измерительного сигнала с полосой частот пропускания канала в области низких частот. Для этого при передаче на каждом интервале преобразования формируют четное количество знакочередующихся во времени модулированных по амплитуде импульсов, имеющих одинаковые длительности и модули амплитуд, при приеме на каждом интервале преобразования импульсы положительной полярности задерживают, а импульсы отрицательной поляpности задерживают и инвертируют, после чего все амплитуды задержанных импульсов складывают в соответствии с временными интервалами их задерживания.

Сущность способа состоит в следующем.

Предлагается структура импульсного измерительного сигнала, состоящего из нескольких элементарных импульсов.

На фиг. 1 показана последовательность операций обработки импульсного измерительного сигнала при приеме, обеспечивающая повышение помехозащищенности измерительного сигнала, где а - обычный импульсный сигнал, используемый в качестве переносчика измерительной информации, б - предлагаемая структура импульсного сигнала, в - выходной сигнал, полученный при приеме из переданного; на фиг. 2 - функциональная схема устройства, реализующего предложенный способ.

Предлагаемый способ передачи и приема импульсных измерительных сигналов основан на следующих предпосылках.

Известно, что при заполнении импульсного сигнала (фиг. 1, а) более короткими импульсами (фиг. 1, б) спектр последнего сигнала будет переноситься в область более высоких частот [6]. Варьируя количество заполняемых импульсов, а следовательно, и их длительность, можно осуществлять необходимый перенос спектра в область более высоких частот. Если канал связи имеет искажения АЧХ в области низких частот, то всегда можно за счет указанного переноса спектра измерительного сигнала искажения АЧХ "обойти". Тем самым обеспечивается эффективное согласование спектра импульсного измерительного сигнала с полосой частот пропускания канала связи в области низких частот и исключение искажений, обусловленных завалом АЧХ канала на низких частотах.

На выходе канала принятый сигнал (фиг. 1, б) предлагается на каждом интервале преобразования τ_с проводить операцию задерживания элементарных импульсов, образующих импульсный измерительный сигнал, инвертирование задержанных импульсов отрицательной полярности и суммирование амплитуды задержанных инвертированных и неинвертированных импульсов. В случае многоканальной передачи интервал τ_с определяется длительностью канального интервала.

После такой обработки выходной сигнал U_вых (фиг. 1, в) будет равен: U_вых = nmU_o, где n - число элементарных импульсов на интервале τ_с; U_o - амплитуда отдельного элементарного импульса; m - коэффициент амплитудно-импульсной модуляции, одинаковой для всех элементарных импульсов.

За счет использования при приеме операций суммирования реализуется метод накопления [5], который позволяет увеличить отношение сигнал/шум на выходе. Кроме того, используемые операции обработки сигнала при приеме одновременно реализуют и дискретную фильтрацию по крайней мере первого порядка [6] , обеспечивающую исполнительное повышение помехозащищенности сигнала по отношению к низкочастотным помехам (наводки, дрейфы и др.).

Операции формирования импульсного измерительного сигнала при передаче и его обработке при приеме (задерживание, инвертирование и суммирование) являются стандартными для техники преобразования импульсных сигналов.

Известны устройства передачи и приема тензометрических сигналов в импульсной форме [7, 8]. В устройстве [7] питание тензомоста осуществляется симметричным импульсным напряжением. При передаче импульсного измерительного сигнала с выхода тензомоста по длинным соединительным линиям на него могут действовать электромагнитные помехи. Наводимый на соединительных линиях сигнал помехи представляет синфазное напряжение. Это напряжение выделяется, усиливается и инвертируется, после чего суммируется импульсным напряжением и поступает на тензомост, замыкая цепь отрицательной обратной связи для помехи, тем самым ослабляя действие синфазного напряжения помехи. Однако в рассматриваемом устройстве не обеспечивается ослабление шумов, возникающих в самих тензодатчиках, а также в измерительном усилителе. Именно эти шумы принципиально ограничивают разрешающую способность тензометрических устройств. Кроме того, данное устройство является достаточно сложным в конструктивном отношении.

Известно устройство для передачи и приема тензометрической информации с вращающихся валов. В этом устройстве передача сигналов с вращающегося вала осуществляется через конденсатор, образуемый двумя соосными кольцами, одно из которых вращается вместе с валом, а другое неподвижно [8]. Очевидно такой канал будет иметь завал АЧХ в области низких частот, через который передача широкополосного импульсного сигнала, формируемого на выходе тензомоста модулятором, является затруднительной. Поэтому импульсный сигнал с помощью радиопередатчика на несущей частоте 10,7 МГц преобразуется в частотно-модулированный (ЧМ) и лишь после этого передается через указанный выше канал, образуемый двумя кольцами.

Рассматриваемому устройству (прототипу) присущи следующие недостатки.

Низкая помехозащищенность по отношению к наводимым на измерительные цепи низкочастотным помехам.

Из-за невозможности согласования частотного спектра импульсного сигнала полосой частот пропускания используемого канала передачи рассматриваемое устройство усложнено за счет введения радиопередатчика и радиоприемника.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости пути согласования спектра импульсного измерительного сигнала с полосой частот пропускания канала в области низких частот. Для этого к выходу канала связи подключены информационные входы аналоговых блоков выборки и хранения (УВХ), управляющие входы которых соединены с выходами синхронизатора, а информационные входы соединены с соответствующими входами сумматора-вычитателя.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Питание тензорезисторного датчика осуществляется не одиночными импульсами (фиг. 1, а), а последовательностью знакочередующихся импульсов (фиг. 1, б), количество которых и соответственно длительность выбирают из условия согласования спектра таких сигналов с полосой частот пропускания канала.

На фиг. 2 приведена функциональная схема одноканального тензометрического устройства, реализующего предложенный способ.

Устройство состоит из источника импульсного питания 1, тензорезисторного датчика 2 с тензометрическим усилителем 3, канала связи 4, блоков выборки и хранения 5, синхронизатора 6, сумматора-вычитателя 7.

Устройство работает следующим образом.

Тензорезисторный датчик 2, представляемый, в частности, тензорезисторный мост или полумост, запитан от источника импульсного питания 1. Выходной сигнал датчика усиливается тензометрическим усилителем 3 и передается через канал 4, имеющий завал АЧХ в области низких частот. При соответствующем выборе числа элементарных импульсов, образующих импульс питания датчика, и их длительности добиваются согласования спектра усиленного выходного сигнала тензодатчика с полосой пропускания канала.

На выходе канала прием сигнала производится следующим образом. Синхронизатор 6 формирует на своих выходах поочередно сигналы управления для блоков 5. При этом блок 6 работает синхронно с источником импульсного питания, что отражено пунктирной стрелкой на фиг. 2. Число выходов синхронизатора 6 определяется числом элементарных импульсов сигнала питания. Управляющие сигналы блока 6 по времени формируются в средней части соответствующих элементарных импульсов. При этом с помощью блока 5 на каждом интервале преобразования, образуемом элементарными импульсами, осуществляется задерживание амплитуд отдельных элементарных импульсов. Задержанные посредством синхронизатора 6 в соответствующие моменты сигналы подают на вход сумматора-вычитателя 7. При этом задержанные положительные сигналы подают на суммирующие входы, отрицательные - на вычитающие, в результате чего производится инвертирование запомненных отрицательных сигналов в соответствии с предлагаемым способом. Выходной сигнал сумматора-вычитателя показан на фиг. 1, в. Амплитуда этого сигнала, являющегося информационным параметром, представляет сумму модулей амплитуд всех элементарных импульсов, образующих сигнал на выходе канала.

Формула изобретения

1. Способ передачи и приема импульсов измерительных сигналов, заключающийся в формировании на каждом канальном интервале последовательности модулированных по амплитуде исходных импульсов, соответствующих измерительным сигналам, преобразовании каждой из которых, передаче их и приеме, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости при согласовании частотного спектра импульсов измерительных сигналов с полосой частот пропускания канала связи на каждом канальном интервале, при передаче преобразуют исходные импульсы в четное количество знакочередующихся импульсов, имеющих одинаковые длительности и модули немодулированных амплитуд, на приеме импульсы положительной полярности задерживают, импульсы отрицательной полярности задерживают и инвертируют, затем формируют сигнал, амплитуда которого соответствует сумме амплитуд принятых сигналов в соответствии с временными интервалами их задерживания.

2. Устройство для передачи и приема импульсов измерительных сигналов, содержащее тензорезисторный датчик через тензоусилитель, подключенный к входу канала связи, источник импульсного питания, соединенный с тензорезисторным датчиком, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости путем согласования частотного спектра передаваемых импульсов измерительного сигнала с полосой частот пропускания канала передачи, к выходу канала связи подключены информационные входы блока выборки и хранения, управляющие входы которых соединены с выходами синхронизатора, синхронизирующий вход которого соединен с выходом источника импульсного питания на передающей стороне, информационные выходы блока выборки и хранения соединены с соответствующими входами сумматора-вычитателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2