Способ передачи данных через воздушный зазор и устройство для его осуществления
Владельцы патента RU 2565527:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" (RU)
Изобретение относится к передаче данных телеизмерений через воздушный зазор. Технический результат заключается в уменьшении потребляемой мощности и сокращении длительности формируемых сигналов. В способе в качестве сигнала возбуждения индуктивно связанных контуров используют короткие импульсы, например, положительной полярности, получаемые в результате дифференцирования исходных кодовых посылок данных. В устройстве на вращающейся части включены повторитель, дифференцирующая цепь, ограничитель, например, отрицательных импульсов, формирователь, первичный контур индуктивно связанных контуров и их вторичный контур на неподвижной части. Вход повторителя является входом устройства, а его выход через дифференцирующую цепь и ограничитель подключен к входу формирователя, выход которого подключен к первичному контуру индуктивно связанных контуров, выход вторичного контура которых является выходом устройства. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области телеизмерений, в частности к передаче импульсных сигналов через воздушный зазор, и может быть использовано в системах для передачи и приема телеметрической информации от рабочих органов вращающихся узлов и механизмов.
Для передачи информации от датчиков, расположенных на вращающихся объектах, используются разные виды связи между вращающейся и неподвижной частями измерительной аппаратуры [1].
Самый, казалось бы, простой способ предполагает использование контактных токосъемных устройств, но качество передачи данных через такие токосъемники не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к ним по точности и надежности, а также простоте и безопасности их эксплуатации [1].
Бесконтактные способы связи с вращающимся оборудованием можно разбить на две большие группы. К одной группе относятся способы, предполагающие передачу данных по радиоканалу за счет модуляции того или иного параметра несущего высокочастотного сигнала. К другой группе относятся методы, позволяющие передавать через воздушный зазор сигналы в импульсной форме.
Способы первой группы представлены устройствами, которые обычно называют радиотелеметрическими системами (РТС). РТС могут отличаться друг от друга способом организации радиосвязи между вращающейся и неподвижной частями системы.
Один из способов первой группы предполагает передачу данных с помощью WiFi-технологии [2] на расстояние до нескольких метров. Недостатки способа обусловлены особенностями взаимодействия приемника и передатчика сигналов. Интерференция волн, влияние внешних помех существенно снижают помехозащищенность способа, приводят к потере данных и к снижению заявленной скорости передачи. Способ предполагает использование традиционных элементов радиоканала - модулятора, демодулятора и соответствующего фильтра, усложняющих канал, вносящих дополнительные погрешности преобразования сигналов и увеличивающих время передачи одного разряда кода данных из-за переходных процессов, возникающих в тракте преобразования.
Другой способ первой группы для передачи данных через воздушный зазор предполагает использование индуктивной связи, посредством которой несущее колебание с частотой 13,56 МГц, модулированное оцифрованными сигналами от датчиков на вращающейся части, принимается и демодулируется в стационарной части [3]. Недостатком этого способа является также использование названных выше элементов радиоканала: модулятора, демодулятора и фильтра, которые усложняют устройство, вносят дополнительные погрешности, замедляют скорость передачи одного разряда кода данных и при другом способе передачи сигнала - в импульсной форме - могут быть исключены.
Наиболее близким к предлагаемому способу (прототипом) является способ передачи данных через воздушный зазор [1] (с. 17-21), заключающийся в том, что передача данных осуществляется посредством подачи от формирователя возбуждающих воздействий коротких импульсов прямоугольной формы и требуемой амплитуды на первичный вращающийся контур индуктивно связанных контуров (ИСК). На вторичном неподвижном контуре, отделенном от вращающегося воздушным зазором, формируются сигналы, пригодные для принятия решения о том, что было передано в данном разряде кода - «ноль» или «единица».
Недостатком данного способа является продолжительное время реакции вторичного контура ИСК на возбуждающее воздействие в виде короткого прямоугольного импульса, поступающего от формирователя на их первичный контур в момент передачи единичного разряда кода данных. Таким образом, прототип не является достаточно быстродействующим при передаче разрядов кода данных и его быстродействие может быть повышено при использовании возбуждающего сигнала другого вида.
Суть предлагаемого способа заключается в следующем.
На вращающейся части исходные импульсы кодовых посылок прямоугольной формы согласуются повторителем кодовых посылок с входом дифференцирующей цепи, на которую они поступают. Из полученной при дифференцировании последовательности разнополярных коротких импульсов с экспоненциальным спадом исключают с помощью ограничителя импульсы, например, отрицательной полярности. Из импульсов другой, например, положительной полярности с помощью формирователя создают сигнал возбуждения первичного контура, связанного индуктивно с вторичным контуром, находящимся на неподвижной части и отделенным от него воздушным зазором. Короткий по длительности возбуждающий сигнал, имеющий экспоненциальный спад и достаточную амплитуду, вызовет на вторичном контуре сигнал, позволяющий принять решение о значении переданного разряда кода.
Предложенный способ позволяет устранить недостаток известного способа, а именно, сократить время реакции ИСК на возбуждающее воздействие, сформированное иначе, чем в известном способе, и тем самым повысить скорость передачи данных.
Принцип достижения названного технического результата за счет выполнения предложенных выше действий с сигналом, который управляет работой формирователя импульсного сигнала возбуждения для первичного контура ИСК, поясняется фигурами 1 и 2, на которых приведены эпюры сигналов, формируемых при передаче разрядов кода данных через воздушный зазор.
На фиг. 1, а изображен короткий прямоугольный импульс, используемый в прототипе для управления формирователем возбуждающего воздействия, подаваемого на первичный контур ИСК. Формирователь повторяет по форме этот импульс, усиливая его по мощности. На фиг. 1б представлен сигнал, формируемый на выходе неподвижного контура ИСК в ответ на короткий возбуждающий прямоугольный импульс формирователя. Сигнал имеет положительную и отрицательную полуволны. В стационарной аппаратуре можно, например, отсечь диодом отрицательную полуволну, а положительную полуволну использовать для принятия решения относительно значения переданного разряда кода. Однако, пока не закончится вторая полуволна сигнала на выходе ИСК, вызванного возбуждающим импульсом, соответствующим единичному разряду кода, подавать очередной возбуждающий импульс нельзя. Следует дождаться окончания переходного процесса на выходе ИСК, вызванного коротким возбуждающим прямоугольным импульсом.
В предлагаемом способе на вращающейся части соответствующий единичному значению разряда кода исходный прямоугольный сигнал, представленный на фиг. 1а, усиливают по мощности повторителем кодовых посылок и дифференцируют. Импульс, например, положительной полярности, полученный в результате дифференцирования - фиг. 2а, подают на формирователь импульсного сигнала возбуждения, который повторяет его по форме и возбуждает полученным импульсом с экспоненциальным спадом (далее для краткости - экспоненциальным импульсом) первичный контур ИСК. Полученный при дифференцировании импульс другой, например, отрицательной полярности отсекается ограничителем. На неподвижной части на выходе вторичного контура ИСК, отделенного воздушным зазором от первичного контура, под воздействием положительного экспоненциального импульса формируется сигнал, показанный на фиг. 2б. Вид этого сигнала свидетельствует о его пригодности для принятия решения о значении переданного разряда кода. Если сигнал такого вида выявляется на вторичном контуре, то это означает, что в данном разряде кода была передана единица, при его отсутствии - ноль.
На фиг. 2в приведены зависимости длительности выходного сигнала ИСК при возбуждении прямоугольным импульсом - τg (кривая 1) и экспоненциальным импульсом - τge (кривая 2) от длительности τ возбуждающего воздействия при фиксированном k=0.5. Зависимости свидетельствуют о том, что возбуждение ИСК экспоненциальными импульсами сокращает время реакции ИСК и тем самым позволяет повысить скорость передачи данных через воздушный зазор. Для других значений коэффициента к связи между контурами характер представленных зависимостей сохраняется.
На фиг. 3 приведена структурная схема устройства реализации предложенного способа передачи данных через воздушный зазор, а на фигурах 1а, 2а и 2б - эпюры, поясняющие его работу.
Для достижения технического результата, заключающегося в уменьшении времени передачи разрядов кода данных, в устройство, содержащее на его вращающейся части формирователь импульсного сигнала возбуждения, выход которого соединен с первичным контуром индуктивно связанных контуров, вторичный контур которых, расположенный на неподвижной части устройства и отделенный от первичного контура воздушным зазором, является выходом устройства, введены повторитель кодовых посылок, вход которого является входом устройства, дифференцирующая цепь, на которую поступает сигнал от повторителя, и соединенный с ее выходом ограничитель, отсекающий получаемый при дифференцировании импульс, например отрицательной полярности, выход которого соединен со входом формирователя импульсного сигнала возбуждения.
Устройство для реализации предложенного способа передачи данных через воздушный зазор содержит вращающуюся часть 1, неподвижную часть 2 и воздушный зазор 3, вращающаяся часть 1 содержит повторитель 4 кодовых посылок, дифференцирующую цепь 5, ограничитель 6, формирователь 7 импульсного сигнала возбуждения, первичный контур 8 индуктивно связанных контуров 10. Неподвижная часть 2 устройства, отделенная от вращающейся части 1 воздушным зазором 3, содержит вторичный контур 9 индуктивно связанных контуров 10.
Входом устройства является вход повторителя 4 кодовых посылок, расположенного на вращающейся части 1, на который поступают разряды кода данных. Его выход соединен со входом дифференцирующей цепи 5, выход которой через ограничитель 6 подключен к формирователю 7 импульсного сигнала возбуждения, выход которого соединен с первичным контуром 8 индуктивно связанных контуров 10. Выход находящегося на неподвижной части 2 вторичного контура 9 индуктивно связанных контуров 10, отделенного от контура 8 воздушным зазором 3, является выходом устройства.
Устройство работает следующим образом. На вращающейся части 1 на вход устройства поступают кодовые посылки данных прямоугольной формы (фиг. 1а). Они усиливаются повторителем 4 кодовых посылок и поступают на вход дифференцирующей цепи 5. С ее выхода разнополярные короткие импульсы с экспоненциальным спадом поступают на ограничитель 6, который отсекает, например, импульс отрицательной полярности. Импульс другой, например, положительной полярности (фиг. 2а) проходит на вход формирователя 7 импульсного сигнала возбуждения, усиливающего его по мощности. Выходной сигнал формирователя воздействует на первичный контур 8 индуктивно связанных контуров 10, вызывая на выходе их вторичного контура 9, расположенного на неподвижной части 2 и отделенного от первичного контура воздушным зазором 3, сигнал (фиг. 2б), по которому можно судить о переданном разряде кода.
Технический результат предложенного способа и устройства для его реализации заключается в том, что достигается уменьшение времени передачи разрядов кода данных за счет сокращения длительности реакции индуктивно связанных контуров, благодаря возбуждению их первичного контура экспоненциальным сигналом.
Расшифровка обозначений к фиг. 3:
1 - вращающаяся часть;
2 - неподвижная часть;
3 - воздушный зазор;
4 - повторитель кодовых посылок;
5 - дифференцирующая цепь;
6 - ограничитель;
7 - формирователь импульсного сигнала возбуждения;
8 - первичный контур;
9 - вторичный контур;
10 - индуктивно связанные контуры.
Литература
1. Измерительные системы для вращающихся узлов и механизмов / В.В. Карасев, А.А. Михеев, Г.И. Нечаев; Под ред. Г.И. Нечаева. - М.: Энергоатомиздат, 1996. - 176 с.
2. MIC-1100: Руководство по эксплуатации. - М.: НПП «Мера», 2012. - 27 с.
3. MANNER Sensortelemetrie [Электронный ресурс]. URL: http: //www.sensortelemetrie.de/de/startseite.html/ (дата обращения: 22.08.2013).
1. Способ передачи данных через воздушный зазор, заключающийся в том, что на вращающейся части из кодовых посылок данных формируют импульсы прямоугольной формы и подают их в качестве возбуждающих сигналов на первичный контур индуктивно связанных контуров таким образом, что по принятому сигналу в их вторичном контуре судят о переданном разряде кода, вторичный контур индуктивно связанных контуров отделен от их первичного контура воздушным зазором и расположен на неподвижной части, отличающийся тем, что кодовые посылки усиливают по мощности, дифференцируют, ограничивают на нулевом уровне одну из составляющих полученного при этом сигнала, например отрицательную, и формируют из другой его составляющей, например положительной, сигнал для возбуждения первичного контура индуктивно связанных контуров.
2. Устройство для реализации способа передачи данных через воздушный зазор, содержащее на вращающейся части формирователь импульсного сигнала возбуждения, соединенный с входом первичного контура индуктивно связанных контуров, на неподвижной части, отделенной от вращающейся части воздушным зазором, вторичный контур индуктивно связанных контуров, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что в него на вращающейся части введены повторитель кодовых посылок, дифференцирующая цепь и ограничитель, например, отрицательных импульсов, при этом вход повторителя является входом устройства, его выход соединен через дифференцирующую цепь с ограничителем, выход которого соединен с входом формирователя такого сигнала возбуждения, по реакции вторичного контура индуктивно связанных контуров на который судят о переданном разряде кода.
