Формирователь индукционного поля

Область техники
Полезная модель относится к передающим системам с использованием поля ближней зоны действия антенны, а именно с индуктивной связью, и может быть использована в системах беспроводной связи со слуховым аппаратом.
Уровень техники
Известен передатчик радиомикрофона для лиц с нарушением функций слуха и речи, содержащий корпус с крышкой, выполненный в виде прямоугольной призмы посредством литья, на лицевой стороне крышки установлен переключатель рабочей частоты передатчика, в отверстии корпуса установлена антенна, выполненная из гибкого материала, конец которой через установочный узел, выполненный литьем за одно целое с корпусом, подключен к микросхеме, размещенной в корпусе и включающей соединенные между собой контакт антенны, ФМ-трансивер, селектор каналов, подключенные к ФМ-трансиверу контроллер питания с контактами для аккумулятора, заряда, индикации заряда/разряда и контактом для выключателя, и схема согласования, связанная, через контакты микрофонного входа и линейного входа, с контактом для подключения внешнего микрофона (см. RU 179098 U1).
Недостатком известного устройства является его сложность, обусловленная использованием радиоканала для передачи звука, что требует использования средств генерирования несущей частоты, ее модуляции и обратного преобразования в диапазон звуковых частот.
Известен передатчик универсальный для систем оповещения, содержащий корпус, крышку, встроенную плату, на которой размещены взаимосвязанные контроллер, радиотрансивер, антенна, источник питания, отличающийся тем, что наружная поверхность крышки выполнена в виде усеченного конуса и оснащена по периметру световой рамкой, на одной из боковых граней корпуса выполнены элементы управления, а именно: выключатель микрофона, регулятор чувствительности микрофона, кнопка «ТЕСТ», разъемы для подключения кабеля датчика и микрофона и разъем питания, на основании корпуса выполнены опоры, расположенные в каждом из четырех углов, корпус с крышкой для фиксации охвачен держателем, выполненным фигурным и оснащенным элементом для крепления кабелей, кроме того, структурная электронная схема построена на последовательном соединении соответствующих элементов, при этом упомянутая схема оснащена усилителем микрофонов, соединенным с регулятором усилителя и внешним и внутренним микрофонами через разъем микрофонов, усилитель микрофонов соединен с контроллером, последний соединен последовательно с радиотрансивером и антенной, контроллер имеет возможность контактов с кнопкой включения микрофона, кнопкой «ТЕСТ», светодиодами и разъемом для датчиков, кроме того, источник питания соединен с контроллером и радиотрансивером, а через контакты разъема питания - с зарядным устройством (RU 2 679613 С1).
Недостатки известного устройства также обусловлены использованием радиоканала с генерированием несущей частоты, ее модуляции и демодуляции. Помимо избыточной сложности радиочастотные устройства более требовательны к элементной базе, используемой в радио тракте. Используемые элементы должны иметь соответствующие частотные и временные характеристики, обеспечивающие работу радиоканала, что ограничивает используемую элементную базу.
Кроме того, известное решение представляет собой объемную конструкцию, ограничивающую ее использование в качестве информационного стенда, корпус которого мог бы исполнять функцию информирования о назначении устройства, устанавливаемого в общественных местах.
Известно устройство для индукции магнитного поля, включающее: средство дисплея, включающее по меньшей мере одну дисплейную часть и по меньшей мере одну электропроводящую часть, электрически изолированную от упомянутой по меньшей мере одной дисплейной части, при этом по меньшей мере одна электропроводящая часть выполнена с возможностью генерирования и/или обнаружения энергии магнитного поля для связи по меньшей мере с другим устройством, при этом, по меньшей мере, одна электропроводящая часть формирует индукционную катушку (см. RU 2530761 С2).
Известное решение предполагает наличие дисплея, для использования его электропроводящей части, которой согласно описанию может быть реализована на одном из проводящих слоев, применяемых в LCD-технологии, например, на одном слое тонкопленочных транзисторов или на слое, используемом как контактный для обеспечения разности потенциалов между LCD-ячейкам. Отсутствие дисплея с указанной проводящей частью исключает возможность реализации известного устройства.
Наиболее близким по технической сущности - прототипом являются плоская индукционная антенна, содержащая индуктивность в виде многовитковой арифметической спирали, витки которой выполнены из ленточного проводника, расположенного на диэлектрическом основании, при этом ширина зазоров между витками спирали выбрана одинаковой и равной ширине ленточного проводника спирали, подводящую линию, предназначенную для подсоединения источника высокочастотных колебаний к индуктивности, в середине спирального проводника на расстоянии λ/8 от его начала, где λ - рабочая длина волны в спирали, выполнен разрыв с образованием зазора, расположенного поперек и симметрично относительно продольной оси спирали и предназначенного для возбуждения источником высокочастотных колебаний синфазных токов в проводниках спирали, образующий двухзаходную арифметическую спираль, проводники которой изогнуты в противоположные от зазора стороны, причем ширина зазоров S между витками спирали и ширина W ленточного проводника спирали выбраны равными S=W=0,00042λ, в середине ленточного проводника каждой ветви спирали включен конденсатор переменной емкости (см. RU 2470423 С1).
Использование ленточного проводника для спиралей позволяет сделать известную антенну в виде тонкой пластины на которой могут быть размещены сведения, информирующие о назначении устройства для размещения в общественных местах.
Однако известное решение предназначено для использования с высокочастотным сигналом, определенной длины волны, что предполагает необходимость модуляции несущей частоты, что, в свою очередь усложняет систему для передачи звука в целом. Снижение длины волны до звуковых частот невозможно из-за неприемлемого увеличения габаритов антенны. Так для частоты 1кГц ширина ленточного проводника и зазора между витками составили бы по 126 м, что невозможно применить, в большинстве случаев, в том числе для индукционной связи со слуховыми аппаратами пользователей в помещениях.
Раскрытие сущности полезной модели
Техническим результатом является упрощение устройства.
2
Указанный результат достигается тем, что в формирователе индукционного поля для беспроводной связи со слуховым аппаратом, содержащем многовитковую спираль из ленточного проводника, расположенного на диэлектрическом плоском основании, основание представляет собой пластину печатной платы площадью от 0,03 до 2,0 м, при этом спираль выполнена в виде единого печатного проводника с количеством витков до 40.
Кроме того: - формирователь индукционного поля выполнен с возможностью установки на горизонтальную поверхность с помощью кронштейна, закрепленного в нижней части пластины;
- формирователь индукционного поля выполнен с возможностью крепления на вертикальной поверхности с помощью кронштейна, закрепленного в нижней части пластины;
- поверхность спирали покрыта слоем диэлектрика;
- формирователь индукционного поля выполнен с возможностью закрепления на внутренней стороне пластины усилителя звуковой частоты.
Краткое описание чертежей
Формирователь индукционного поля поясняется с помощью чертежей, где на Фиг. 1 показан вид спереди устройства, на Фиг. 2 - вид сзади пластины с выполненной на ней спиралью, на Фиг. 3 - структурная схема системы связи слухового аппарата с формирователем индукционного поля, на Фиг. 4 пример выполнения устройства, общий вид с внешней стороны, на Фиг. 5 - устройство с усилителем и кронштейном, вид сбоку, на Фиг. 6 - пример выполнения устройства, вид сзади с установленным на нем усилителем звуковой частоты и кронштейном.
На чертеже сделаны следующие обозначения:
1 - диэлектрическая пластина, 2 - спираль, 3 - выводы спирали, 4 - усилитель звуковой частоты, 5 - информация в виде общепризнанного символа о наличии индукционной петли для слуховых аппаратов, 6 - микрофон, 7 - система магнитной односторонней связи, 8 - слуховой аппарат, 9 - магнитная петля, 10 - усилитель слухового аппарата, 11 - наушники, 12 - кронштейн, 13 - крепежные петли для крепления к вертикальной стене, 14 - выборка для удобства захвата, 15 - крепежные отверстия для крепления кронштейна, 16 - крепежные элементы кронштейна.
Характеризуемое с помощью чертежей воплощение не ограничивает модификаций формирователя индукционного поля и приводится лишь в качестве примера. Специалистами в данной области техники могут быть предложены другие воплощения настоящего устройства и их модификации, соответствующие формуле.
2
Формирователь индукционного поля обеспечивает одностороннюю индукционную связь с пользователем слухового аппарата и содержит плоское основание в виде жесткой, ориентированной в вертикальной плоскости прямоугольной пластины печатной платы площадью 0,03 - 2,0 м, на внешней (Фиг. 1) стороне которой нанесена информация о наличии индукционной петли для слуховых аппаратов, а на внутренней (Фиг. 2) выполнена многовитковая спираль из ленточного проводника с количеством витков до 40. Ленточным проводником является печатный проводник толщиной 0,5 - 2,0 мм и шириной 1,0-100 мм. На пластине выполнены отверстия для крепления кронштейна в виде опоры для установки пластины в вертикальной плоскости.
Многовитковая спираль своими выводами подключена к выходу усилителя звуковой частоты (Фиг. 3), а слуховой аппарат снабжен магнитной петлей, подключенной через соответствующий усилитель к преобразователю электрического сигнала в звуковой.
Плоское основание снабжено отверстиями для крепления посредством крепежных элементов (Фиг. 4) в его нижней части кронштейна, выполняющего роль подставки, удерживающей формирователь индукционного поля вертикально на горизонтальной поверхности, либо для закрепления его на вертикальной поверхности посредством петель.
Поверхность спирали покрыта слоем диэлектрика и имеет контактные площадки на концах спирали для их подключения к выходу усилителя звуковой частоты, который закреплен также на внутренней стороне (Фиг. 5) плоского основания либо расположен отдельно от формирователя индукционного поля и подключен к выводам спирали с помощью соединительного проводника, например, с помощью витой пары.
Плоская пластина имеет выборку верхней своей части размером в ширину ладони для обеспечения удобного захвата в целях переноски или перестановки.
Формирователь индукционного поля выполнен с возможностью установки в местах доступных для обозрения пользователями слуховых аппаратов.
Внешний вид формирователя индукционного поля характеризуется наличием плоской прямоугольной пластины с нанесенным на ее внешней стороне информационным обозначением, наличием кронштейна в нижней части пластины и наличием усилителя звуковых частот, закрепленного на внутренней стороне пластины. Форма формирователя индукционного поля характеризуется большой площадью для выполнения информационного обозначения и плоской конструкцией, ориентированной вертикально. Композиционное решение формирователя индукционного поля обладает в достаточной мере художественно-информационной выразительностью, создавая понятный образ и информируя о конкретном его назначении.
Осуществление полезной модели
Формирователь индукционного поля используется следующим образом.
Пользователи слуховых аппаратов, снабженных системой индукционной связи визуально по наличию общепринятого символа о наличии индукционной петли определяют место, оборудованное индукционной системой оповещения и подойдя к месту расположения формирователя индукционного поля осуществляют получение необходимой им звуковой информации.
Такими местами, оборудованными индукционной системой оповещения могут быть специальные места в конференц-зале, кассы вокзалов, аудиогиды у исторических памятников и в музеях и пр.
При условии выполнения формирователя на пластине размером А4 с количеством витков спирали 10 витков и мощности усилителя 0,5 Вт дальность действия связи составляет не менее 2 м.
Так как информационный символ нанесен непосредственно на пластине - формирователе индукционного поля, то действия пользователя интуитивно понятны: чем ближе к информационному символу, тем лучше качество связи.
В случае установки устройства, например, у кассы вокзала, микрофон, подключенный ко входу усилителя и установленный перед кассиром, преобразует звуки речи кассира за стеклянной перегородкой в электрические сигналы, усиливаемые усилителем и подаваемые непосредственно на вход формирователя индукционного поля.
Магнитное поле звуковой частоты преобразуется магнитной петлей слухового аппарата пользователя в электрический сигнал и после усиления в усилителе слухового аппарата вновь преобразуется в звуковые колебания, направляемые в слуховой канал пользователя. Таким образом пользователь обеспечивается качественной связью, независимо от уровня шума в зале.
Для других целей, например, аудиогид ко входу усилителя может быть подключен плеер или иное устройство воспроизведения звука.
Совмещение в одном месте визуального оповещения о наличии магнитной петли связи непосредственно с самим формирователем магнитного поля обеспечивает исключение необходимости поиска пользователем места или направления получения сигнала.
В качестве диэлектрической пластины использована однослойная или двухслойная текстолитовая плата, на которой путем травления сформирована спираль. Для исключения гальванического контакта спирали с усилителем и другими приборами сторона пластины с выполненной на ней спиралью покрыта слоем диэлектрика - эмалью. При этом внешняя сторона пластины использована для нанесения визуальной информации.
Контактные площадки выводов спирали находятся непосредственно на концах спирали и выполнены с возможностью подключения к ним выходов усилителя. Усилитель закреплен на самой пластине, на внутренней ее стороне с помощью соответствующего крепления. Усилитель может находиться и в удалении от пластины и быть соединенным с контактами выводов спирали посредством кабеля.
Установка формирователя индукционного поля на горизонтальную поверхность осуществляется с помощью, закрепленного в нижней части кронштейна - подставки (Фиг. 4), который закрепляется на пластине с помощью крепежных элементов, установленных в отверстиях пластины в нижней ее части.
Отверстия на кронштейне позволяют закрепить устройство на вертикальной стене или стеклянной перегородке кассы.
Выполнение пластины из жесткого, обеспечивающего сохранение ее плоской формы материала, обеспечивает возможность ее опоры на ее нижнюю торцевую часть, способствует наглядности информационного сообщения, а также обеспечивает стабильность формируемой диаграммы направленности. Кроме того, жесткость пластины обеспечивает возможность крепления к ней кронштейна.
Выполнение формирователя индукционного поля на основе печатной платы упрощает производство, повышая его технологичность и одновременно обеспечивает возможность использования его в качестве информационного стенда при нанесении на одной из сторон листа печатной платы соответствующего обозначения. При этом выполненная в виде печатного проводника и покрытая слоем диэлектрика спираль устойчива к атмосферным воздействиям, что обеспечивает возможность использования устройства в качестве информационного стенда вне помещений.
Плоская форма формирователя индукционного поля, ориентированного в вертикальной плоскости оптимальна для установки в качестве информационного стенда, который практически не занимает площадь зала, демонстрирует информационное обозначение в вертикальной плоскости и формирует диаграмму с максимальными значениями в перпендикулярной плоскости, способствуя лучшей индуктивной связи с пользователями на звуковых частотах.
2
Площадь используемой пластины от 0,03 до 2,0 м, делает нанесенное на ней информационное обозначение легко считываемым в условиях кассового зала, музейного помещения, уличной экспозиции и т.п. и позволяет выполнить на пластине спираль до 40 витков печатного проводника толщиной от 0,5 до 2,0 мм, шириной от 1,0 до 100 мм, необходимых для формирования индукционного поля звукового диапазона частот.
Размещение выводов спирали на внутренней стороне пластины позволяет закрепить усилитель звуковых частот на самой пластине на ее внутренней стороне, делая соединение стабильным, что обеспечивает возможность однократного согласования выхода усилителя с параметрами индукционной спирали перед установкой устройства в качестве информационного стенда в том числе под защитным стеклом или в труднодоступном для взлома месте. В случае удаленного расположения усилителя согласование осуществляют с учетом соединительного кабеля. Отсутствие необходимости дополнительных регулировок, связанных с согласованием выхода усилителя также повышает технологичность использования формирователя индукционного поля.
Наличие возможности крепления на пластине кронштейна обеспечивает возможность вертикальной установки устройства для облегчения визуального считывания информационного обозначения.
Для удобства переноски устройства, установленного на горизонтальной поверхности, например, в случае перемещения вслед за выставочным экспонатом, в верхней части пластины имеется выборка для захвата рукой.
Формирователь индукционного поля обеспечивает формирование индукционного поля звуковых частот, не требует переноса спектра на высокие частоты радиодиапазона, а обеспечивает связь на низких - звуковых частотах. Реализация связи на низких частотах исключает высокие частотные требования к используемой элементной базе усилителя. Индукционная связь на звуковых частотах исключает также необходимость переноса спектра на несущую частоту, что упрощает устройство.
Спираль выполнена единым проводником и не требует наличия конденсаторов между участками, что упрощает конструкцию формирователя индукционного поля.
Формирователь индукционного поля может быть выполнен с использованием стандартных материалов, таких как текстолитовая печатная плата, пластик и стандартных электронных компонентов, а его изготовление может быть осуществлено в условиях массового производства с использованием стандартного оборудования.
Таким образом, формирователь индукционного поля более прост по конструкции.