Трассопоисковый генератор сигналов
Владельцы патента RU 2463629:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "КубГУ") (RU)
Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для генерирования гармонических сигналов в составе измерительного комплекса для реализации индукционного метода поиска и диагностики подземных коммуникаций. Сущность: трассопоисковый генератор содержит в канале непрерывной генерации цифроаналоговый преобразователь, управляемый каналом модулирующего сигнала, состоящим из формирователя развертки адресного пространства модулирующего сигнала, постоянного запоминающего устройства, содержащего коды ординат кусочно-линейной функции, цифроаналогового преобразователя, преобразователя напряжения. Канал непрерывной генерации сигнала и канал модулирующего сигнала тактируют от одного задающего генератора, что позволяет синхронизировать по времени начало формирования синусоидального и модулирующего сигналов, обеспечить кратное соотношение длительности фронтов модулирующего сигнала с периодом синусоидального сигнала. Соединение выхода усилителя мощности с помощью преобразователя напряжения с управляющим входом цифроаналогового преобразователя образует обратную связь, которая осуществляет стабилизацию амплитуды выходного сигнала генератора. Построение канала непрерывной генерации сигнала генератора с использованием метода цифрового синтеза синусоидального сигнала позволяет получать синусоидальный сигнал в широком диапазоне частот с высокой точностью установки частоты. Технический результат: повышение надежности работы генератора и достоверности поиска и диагностики. 2 ил.
Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для генерирования гармонических сигналов в составе измерительного комплекса для реализации индукционного метода поиска и диагностики подземных коммуникаций.
Для диагностики подземных коммуникаций используются два базовых устройства:
- генератор трассопоисковый для запитки исследуемого объекта переменным током;
- приемник трассопоисковый для исследования характеристик протекания тестового переменного тока [Шалыт Г.М. Определение мест повреждения в электрических сетях. - М.: Энергоиздат. - 1982. - 312 с.].
Наличие магнитного поля, которое создается протекающим по коммуникациям током генератора, положено в основу индукционного метода поиска инженерных коммуникаций. Трассопоисковые генераторы реализуют три основные функции:
- непосредственно генерирование сигналов;
- реализация режимов непрерывной генерации и импульсной амплитудной модуляции;
- стабилизация амплитуды выходного сигнала генератора [Морозевич А.Н., Трибуховский Б.Б., Дмитриев А.Н. Гармонические сигналы в цифровых системах контроля и испытаний. - Минск: НАВУКА I ТЭХНIКА. - 1990. - 181 с.].
Известен трассопоисковый генератор, содержащий задающий генератор, усилитель мощности, GPS приемник, передающий радиомодем, два аналого-цифровых преобразователями и микропроцессор (патент РФ №2414719, МПК G01R 31/08 (2006.01)). В этом генераторе реализован только режим непрерывной генерации сигнала, что ограничивает его функциональные возможности при поиске и диагностике подземных коммуникаций.
Известен трассопоисковый генератор, содержащий задающий кварцевый генератор, делитель частоты, коммутатор, блок фильтров, усилитель мощности, узел согласования, блок питания, индикатор выхода, при этом задающий кварцевый генератор подключен к блоку питания, выход задающего генератора соединен с первым входом делителя частоты, второй вход которого подключен к блоку питания, первый, второй и третий выходы делителя частоты соединены с тремя входами коммутатора, четвертый вход которого подключен к блоку питания, выход коммутатора соединен с входом блока фильтров, выход которого соединен с первым входом усилителя мощности, второй вход которого подключен к блоку питания, выход усилителя мощности соединен с узлом согласования, первый выход которого соединен с индикатором выхода, а второй выход служит для подключения к кабелю [патент РФ №2046363, МПК (6) G01R 31/08].
К недостаткам прототипа относятся:
- трудность перестройки частоты генератора в широком диапазоне частот, что обусловлено наличием блока фильтров с целью получения синусоидального сигнала;
- использование коммутатора в качестве амплитудного модулятора и рассогласованность по фронтам между модулируемым и модулирующим сигналами приводит к скачкообразному изменению амплитуды сигнала (в общем случае от минимального до максимального значений) на входе усилителя мощности, что в целом снижает надежность работы генератора.
Технической задачей заявляемого изобретения является повышение надежности работы генератора в режиме амплитудной импульсной модуляции и достоверности поиска и диагностики подземных коммуникаций.
Техническая задача решается тем, что генератор сигналов состоит из задающего генератора, который подключен к каналам непрерывной генерации сигнала и модулирующего сигнала. При этом канал непрерывной генерации сигнала включает последовательно соединенные формирователь развертки адресного пространства непрерывного сигнала, постоянное запоминающее устройство, содержащее коды ординат функции синуса, цифроаналоговый преобразователь, усилитель мощности и согласующее устройство, выход согласующего устройства является выходом генератора сигналов. Канал модулирующего сигнала содержит последовательно соединенные формирователь развертки адресного пространства модулирующего сигнала, постоянное запоминающее устройство, содержащее коды ординат кусочно-линейной функции, цифроаналоговый преобразователь. В канал модулирующего сигнала также входит преобразователь напряжения, выход которого соединен с управляющим входом цифроаналогового преобразователя канала модулирующего сигнала, а вход подключен к выходу усилителя мощности канала непрерывной генерации сигнала. Выход цифроаналогового преобразователя канала модулирующего сигнала подключен к управляющему входу цифроаналогового преобразователя канала непрерывной генерации сигнала.
На фиг.1 представлена функциональная схема генератора сигналов, где: Uout - выходное напряжение на выходе трассопоискового генератора сигналов, Uупр - управляющее напряжение на входе цифроаналогового преобразователя, Ni - цифровой код на входе цифроаналогового преобразователя; на фиг 2. представлены эпюры выходного сигнала в режиме модуляции выходного сигнала генератора, где: Uупр - управляющее напряжение на входе цифроаналогового преобразователя канала непрерывной генерации сигнала, Uout - выходное напряжение на выходе трассопоискового генератора сигналов, t - время развертки.
Генератор сигналов 1 состоит из задающего генератора 2, подключенного к каналу непрерывной генерации сигнала 3 и каналу модулирующего сигнала 4. Канал непрерывной генерации сигнала 3 содержит формирователь развертки 5 адресного пространства непрерывного сигнала, постоянное запоминающее устройство 6, цифроаналоговый преобразователь 7, усилитель мощности 8, согласующее устройство 9. Канал модулирующего сигнала 4 содержит формирователь развертки 10 адресного пространства модулирующего сигнала, постоянное запоминающее устройство 11, цифро-аналоговый преобразователь 12, преобразователь напряжения 13.
При этом выход постоянного запоминающего устройства 6 подключен к цифровому входу цифроаналогового преобразователя 7. К управляющему входу цифроаналогового преобразователя 7 подключен выход цифроаналогового преобразователя 12. К выходу постоянного запоминающего устройства 11 подключен цифровой вход цифроаналогового преобразователя 12. К выходу преобразователя напряжения 13 подключен управляющий вход цифроаналогового преобразователя 12. Преобразователь напряжения 13 своим входом подключен к усилителю мощности 8, а своим выходом к управляющему входу цифроаналогового преобразователя 12.
Генератор сигналов работает следующим образом.
Для генерации непрерывного синусоидального сигнала тактовый сигнал с задающего генератора 2 поступает в формирователь развертки 5 адресного пространства непрерывного сигнала, задающий частоту сигнала и формирующий адрес для постоянного запоминающего устройства 6, содержащего цифровые коды ординат функции синуса. Цифровой код с выхода постоянного запоминающего устройства 6 поступает на цифровой вход цифроаналогового преобразователя 7, который, последовательно преобразовывая цифровой код, формирует синусоидальный сигнал, который через усилитель мощности 8 поступает на согласующее устройство 9 и на вход преобразователя напряжения 13. Синусоидальный сигнал с согласующего устройства 9 поступает на выход генератора 1 в начальный момент его работы.
Для генерации модулирующего сигнала тактовый сигнал с задающего генератора 2 поступает на формирователь развертки 10 адресного пространства модулирующего сигнала, задающий частоту его следования и формирующий адрес для постоянного запоминающего устройства 11, содержащего коды ординат кусочно-линейной функции, определяющий форму модулирующего сигнала. Цифровой код с выхода постоянного запоминающего устройства 11 поступает на цифровой вход цифроаналогового преобразователя 12, на управляющий вход которого с выхода усилителя мощности 8 через преобразователь напряжения 13 поступает управляющий сигнал, пропорциональный амплитуде выходного сигнала усилителя мощности 8. Цифроаналоговый преобразователь 12, последовательно преобразовывая цифровой код, формирует модулирующий сигнал трапецеидальной формы с заданным временем нарастания и спада, при этом амплитуда модулирующего сигнала задается напряжением с выхода преобразователя напряжения 13. Сигнал трапецеидальной формы с выхода цифроаналогового преобразователя 12 поступает на управляющий вход цифроаналогового преобразователя 7, изменяя форму его выходного сигнала (см. фиг.2). При этом коэффициент передачи цифроаналогового преобразователя 7 в моменты переключения в соответствии с модулирующем сигналом изменяется по линейному закону от минимального до максимального значения, что позволяет осуществить плавное изменение амплитуды сигнала в моменты его переключения и тем самым исключить перегрузку усилителя мощности 8.
Соединение выхода усилителя мощности 8 через преобразователь напряжения 13 с управляющим входом цифроаналогового преобразователя 12 образует обратную связь, которая осуществляет стабилизацию амплитуды выходного сигнала генератора 1.
Таким образом, основное отличие предлагаемого трассопоискового генератора сигналов от прототипа заключается в том, что введен цифроаналоговый преобразователь, для управления которым добавлен канал модулирующего сигнала, состоящий из формирователя развертки адресного пространства модулирующего сигнала, постоянного запоминающего устройства, содержащего коды ординат кусочно-линейной функции, цифроаналогового преобразователя и преобразователя напряжения. При этом канал непрерывной генерации сигнала и канал модулирующего сигнала тактируют от одного задающего генератора, что позволяет:
- синхронизировать по времени начало формирования синусоидального и модулирующего сигналов;
- обеспечить кратное соотношение длительности фронтов модулирующего сигнала с периодом синусоидального сигнала.
Соединение выхода усилителя мощности через преобразователь напряжения с управляющим входом цифроаналогового преобразователя образует обратную связь, которая осуществляет стабилизацию амплитуды выходного сигнала генератора, что значительно повышает надежность его работы при наличии различных дестабилизирующих факторов. Кроме того, исключена перегрузка усилителя мощности и, следовательно, повышена надежность функционирования генератора при поиске и диагностике подземных коммуникаций.
Построение канала непрерывной генерации сигнала генератора с использованием метода цифрового синтеза синусоидального сигнала позволяет получать по сравнению с прототипом синусоидальный сигнал в широком диапазоне частот с высокой точностью установки частоты.
Предлагаемое техническое решение является новым, обладает изобретательским уровнем и промышленно применимо, т.е. удовлетворяет требованиям, предъявляемым к изобретениям.
Трассопоисковый генератор сигналов, состоящий из задающего генератора, усилителя мощности, согласующего устройства, выход которого является выходом трассопоискового генератора сигналов, отличающийся тем, что генератор имеет канал непрерывной генерации сигнала и канал модулирующего сигнала, при этом канал непрерывной генерации сигнала содержит последовательно соединенные формирователь развертки адресного пространства непрерывного сигнала, постоянное запоминающее устройство, цифроаналоговый преобразователь, усилитель мощности и согласующее устройство, а канал модулирующего сигнала содержит последовательно соединенные формирователь развертки адресного пространства модулирующего сигнала, постоянное запоминающее устройство, цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с управляющим входом цифроаналогового преобразователя канала непрерывной генерации сигнала, и преобразователь напряжения, выход которого соединен с управляющим входом цифроаналогового преобразователя канала модулирующего сигнала, а вход подключен к выходу усилителя мощности канала непрерывной генерации сигнала.
