Устройство передачи информации для бесконтактного программирования режимов работы инициатора газодинамического импульсного устройства

Устройство передачи информации для бесконтактного программирования режимов работы инициатора газодинамического импульсного устройства относится к взрывным работам, в частности к устройствам бесконтактного программирования и передаче данных инициатору газодинамического импульсного устройства с индуктивной цепью управления. Устройство содержит внешний корпус с отверстием для выхода магнитного потока, в котором размещены колебательный контур, задающий генератор, схема управления усилителем мощности, усилитель мощности, модулятор. Регулируемый тактовый генератор соединен последовательно со схемой управления усилителем мощности, усилителем мощности и колебательным контуром, содержащим излучающую катушку, соединенную последовательно с конденсатором. Сердечник выполнен из ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью и высокой индукцией насыщения и имеет форму части кольца, установленного с возможностью направления излучения магнитного поля в зону размещения приемной катушки индуктивности газодинамического импульсного устройства. При этом плоскости торцов сердечника параллельны или расположены под углом друг к другу. Усилитель мощности выполнен по мостовой схеме на мощных МОП-транзисторах. Параллельно регулируемому тактовому генератору к схеме управления усилителем мощности подключен модулятор несущей частоты, имеющий вход для ввода управляющего сигнала. Техническим результатом является упрощение конструкции и повышение эффективности работы устройства. 1 ил.

 

Изобретение относится к взрывным работам, в частности к выполненным на базе катушек индуктивности устройствам бесконтактного программирования и передачи данных инициатору газодинамического импульсного устройства.

Задачей, стоящей в рассматриваемой области техники, является обеспечение программирования инициаторов газодинамического импульсного устройства в автоматическом режиме, повышения к.п.д. преобразования электромагнитного поля в электрический сигнал.

Известно устройство передачи информации для бесконтактного программирования инициатора газодинамического импульсного устройства (патент US 5117733, МПК F42C 17/04, опубл. 02.06.92). Устройство содержит излучающую катушку индуктивности с сердечником, составленным из отдельных ферритовых элементов, и две не связанные между собой обмотки (основную и вспомогательную) из чередующихся в шахматном порядке слоев плоского провода. Катушка имеет форму отрезка трубки. В отдельном корпусе устанавливается катушка. Через основную обмотку постоянно проходит электрический ток. При изменении напряжения во вспомогательной обмотке в результате сближения с газодинамическим импульсным устройством в основной обмотке формируются сигналы в виде импульсов электромагнитного поля, передаваемые на приемный колебательный контур газодинамического импульсного устройства, где возникают программирующие сигналы режимов работы инициатора в виде импульсов переменного напряжения.

Недостатком данного устройства является возможность программирования только отдельно взятого объекта с газодинамическим импульсным устройством при его заряжании, что приводит к длительному времени программирования.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является устройство передачи информации для бесконтактного программирования режимов работы инициатора газодинамического импульсного устройства по патенту RU 2240494 (МПК F42C 15/42, 17/00, опубл. 20.11.2004, ФГУП «НИИ «Поиск»). Данное устройство включает экранирующий корпус без дна, в котором размещен формирователь сигналов программирования, соединенный с колебательным контуром, выполненным на основе излучающей катушки индуктивности с двумя обмотками и ферритовыми сердечниками. Формирователь сигналов программирования может быть выполнен по патенту RU 2240495 (МПК F42C 15/42, 17/00, опубл. 20.11.2004 ФГУП «НИИ «Поиск») и включает соединенные последовательно задающий генератор с фиксированной частотой, модулятор несущей частоты и усилитель мощности. Излучающая катушка индуктивности взаимодействует с приемной катушкой индуктивности, размещенной в газодинамическом импульсном устройстве, при его движении в процессе программирования инициатора. Обмотки излучающей катушки соединены последовательно, а сама излучающая катушка и конденсатор соединены между собой последовательно или параллельно, один из ферритовых сердечников выполнен кольцеобразным, а второй - стержневым, при этом излучающая катушка индуктивности, кольцеобразный и стержневой ферритовый сердечники установлены внутри экранирующего корпуса, одна обмотка размещена на внешней поверхности кольцеобразного сердечника длиной L с наружным D_изл и внутренним Д_вн диаметрами, а вторая обмотка и стержневой сердечник длиной L_ст и диаметром d размещены внутри кольцеобразного сердечника, причем стержневой сердечник выполнен с возможностью перемещения внутри кольцеобразного сердечника так, что резонансная частота переменного электромагнитного поля излучающей катушки индуктивности соответствует частоте входных сигналов. После запуска задающего генератора сигналы через модулятор с несущей частотой F_нес поступают на входы колебательного контура. Излучающая катушка индуктивности создает переменное электромагнитное поле. Резонансная частота поля, соответствующая несущей частоте сигналов F_нес, зафиксирована при настройке положением стержневого сердечника внутри кольцевого сердечника. Переменное электромагнитное поле передается индуктивно, и на приемной катушке газодинамического импульсного устройства наводится переменная ЭДС, которая преобразуется в сигналы программирования.

Недостатком ближайшего аналога является сложное конструкторское исполнение устройства, кроме того, представленная конструкция излучающей катушки приводит к рассеиванию большей части энергии магнитного излучения в пространство, что снижает эффективности этого устройства.

Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение конструкции и повышение эффективности.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в устройстве передачи информации для бесконтактного программирования режимов работы инициатора газодинамического импульсного устройства, включающем корпус с отверстием для выхода силовых линий магнитного поля, в котором размещены задающий генератор и модулятор несущей частоты, соединенные через усилитель мощности с колебательным контуром, выполненным на основе излучающей катушки индуктивности с обмоткой и ферромагнитным сердечником, соединенной последовательно с конденсатором и взаимодействующей с приемной катушкой индуктивности газодинамического импульсного устройства при его движении в процессе программирования, новым является то, что сердечник выполнен в виде части кольца, торцы которого, определяющие направление силовых линий магнитного поля, расположены со стороны отверстия корпуса в одной плоскости или под углом друг к другу, в зависимости от расстояния до приемной катушки индуктивности, усилитель мощности выполнен по мостовой схеме, в качестве задающего генератора используют регулируемый тактовый генератор, а модулятор несущей частоты, имеющий вход для ввода управляющего сигнала, соединен параллельно тактовому генератору, при этом тактовый генератор и модулятор несущей частоты с усилителем мощности соединены через схему управления усилителем мощности.

Выполнение сердечника в виде части кольца, торцы которого, определяющие направление силовых линий магнитного поля, расположены со стороны отверстия корпуса в одной плоскости или под углом друг к другу, в зависимости от расстояния до приемной катушки индуктивности, позволяет сформировать магнитный поток более высокой плотности и обеспечить концентрированный ввод магнитного потока, предотвращая его рассеяние, что обеспечивает требуемое направление магнитного потока и активное взаимодействие в динамике его силовых линий с перемещающимся сердечником приемной катушки индуктивности. Кроме того, такое конструктивное выполнение излучающей катушки уменьшает количество элементов и позволяет использовать серийно выпускаемые узлы.

Расположение торцов части кольца в одной плоскости позволяет увеличить зону взаимодействия приемной и излучающей катушек, а при расположении торцов части кольца под углом друг к другу обеспечивают повышенную концентрацию силовых линий магнитного поля при незначительном расстоянии между катушками, что повышает КПД устройства без усложнения конструкции.

Выполнение усилителя мощности по мостовой схеме позволяет упростить конструкцию и наиболее эффективно использовать энергоресурсы источника питания, что дает возможность создать магнитный поток с уровнем, достаточным для идентификации команды, и увеличить мощность подводимой в колебательный контур энергии в 4 раза по сравнению с традиционной полумостовой схемой.

Использование в качестве задающего генератора регулируемого тактового генератора, соединенного с усилителем мощности через схему управления усилителем мощности, позволяет задавать частоту работы усилителя мощности простым способом с учетом получения необходимой энергии магнитного потока в процессе программирования.

Соединение регулируемого тактового генератора и модулятора несущей частоты, имеющего вход для ввода управляющего сигнала, параллельно позволяет обеспечить регулирование несущей частоты в соответствии с требуемым количеством передаваемой энергии в приемную катушку и сформировать излучаемое катушкой магнитное поле в соответствии с модулирующим сигналом управления, что упрощает процесс программирования независимо от формата передаваемого сигнала управления.

Выполнение обмотки из многожильного провода позволяет увеличить проводимость обмотки излучающей катушки.

На фиг. представлена функциональная блок-схема заявляемого устройства - индуктора, где: 1 - блок формирования несущей частоты; 2 - регулируемый тактовый генератор; 3 - делитель частоты блока формирования несущей частоты, 4 - схема управления усилителем мощности; 5 - усилитель мощности; 6 - драйверы усилителя мощности; 7 - выходной каскад усилителя мощности; 8 - модулятор несущей частоты; 9 - колебательный контур; 10 - излучающая катушка колебательного контура; 11 - конденсатор колебательного контура.

Примером конкретного выполнения заявляемого устройства может служить индуктор для бесконтактного программирования режимов работы инициатора газодинамического импульсного устройства с индуктивной цепью управления. Индуктор предназначен для создания магнитного поля с напряженностью, достаточной для наведения в приемной катушке газодинамического импульсного устройства сигнала с уровнем, необходимым для идентификации команды. Индуктор содержит внешний защитный корпус с отверстием для выхода магнитного потока, в котором размещены колебательный контур, регулируемый тактовый генератор, схема управления усилителем мощности, усилитель мощности, модулятор несущей частоты. Усилитель мощности включает в себя предварительные усилители (драйверы), выполненные на маломощных транзисторах, и выходной каскад, выполненный по мостовой схеме на мощных МОП транзисторах. В диагональ моста выходного каскада включен колебательный контур, состоящий из сердечника и конденсатора. Регулируемый тактовый генератор соединен последовательно со схемой управления усилителем мощности, усилителем мощности и колебательным контуром. Колебательный контур выполнен на основе излучающей катушки индуктивности с обмоткой и сердечником, соединенной последовательно с конденсатором. Сердечник выполнен из ферромагнитного материала М2000НМ с высокой магнитной проницаемостью и высокой индукцией насыщения и имеет форму полукольца, торцы которого, определяющие направление силовых линий магнитного поля, расположены со стороны отверстия корпуса в одной плоскости по отношению друг к другу. Обмотка выполнена из многожильного провода ПЭТВ-2. Параллельно регулируемому тактовому генератору к схеме управления усилителем мощности подключен модулятор несущей частоты, имеющий вход для ввода управляющего сигнала. Модулятор выполнен на основе логической ячейки «И-НЕ».

Работа заявляемого устройства заключается в следующем.

Регулируемый тактовый генератор 2 блока формирования несущей частоты 1 совместно с делителем частоты 3 задает частоту работы усилителя мощности 5 через схему управления усилителя мощности 4. Драйверы 6 усилителя мощности 5 обеспечивают согласование между маломощным сигналом схемы управления усилителя мощности 4 и мощными сигналами управления выходным каскадом усилителя мощности 7. Усилитель мощности 5, выполненный по мостовой схеме, позволяет наиболее полно использовать энергетические возможности источника питания, а использование колебательного контура 9 - минимизировать потери при преобразовании электрической энергии в энергию магнитного поля, поскольку обмен энергией между реактивными элементами, индуктивностью и емкостью, происходит теоретически без потерь, что повышает КПД устройства. Схема управления 4 усилителем мощности может включаться или блокироваться модулятором несущей частоты 8 в соответствии с сигналом управления U_упр. Сигналы с усилителя мощности 5 поступают на колебательный контур 9, один из элементов которого - катушка 10 - является первым реактивным элементом - излучателем магнитного поля, модулированного сигналом управления U_упр. Конденсатор 11 является вторым реактивным элементом, который участвует в обмене энергией с катушкой 10. Связь с приемной катушкой импульсного газодинамического устройства воздушная на расстоянии не менее 40 мм по краям. В приемной катушке наводится переменная ЭДС, преобразуемая в сигналы программирования. Посредством индукционной связи сердечников излучающей и приемной катушек индуктивности осуществляется автоматическая передача информации за счет формирования излучаемого магнитного поля, модулированного сигналом управления без сложной настройки, что в конечном итоге обеспечивает эффективность функционирования газодинамического импульсного устройства.

Были проведены исследования опытного образца индуктора. Особенностью работы индуктора является то, что индуктор работает на частоте, отстоящей от резонансной на 10-15%, что существенно повышает устойчивость его работы при температурных колебаниях окружающей среды, а также при старении магнитного материала излучателя.

Устройство передачи информации для бесконтактного программирования режимов работы инициатора газодинамического импульсного устройства, включающее корпус с отверстием для выхода силовых линий магнитного поля, в котором размещены задающий генератор и модулятор несущей частоты, соединенные через усилитель мощности с колебательным контуром, выполненным на основе излучающей катушки индуктивности с обмоткой и ферромагнитным сердечником, соединенной последовательно с конденсатором и взаимодействующей с приемной катушкой индуктивности газодинамического импульсного устройства при его движении в процессе программирования, отличающееся тем, что сердечник выполнен в виде части кольца, торцы которого, определяющие направление силовых линий магнитного поля, расположены со стороны отверстия корпуса в одной плоскости или под углом друг к другу, усилитель мощности выполнен по мостовой схеме, в качестве задающего генератора используют регулируемый тактовый генератор, а модулятор несущей частоты, имеющий вход для ввода управляющего сигнала, соединен параллельно тактовому генератору, при этом тактовый генератор и модулятор несущей частоты с усилителем мощности соединены через схему управления усилителем мощности.