ТРАССОПОИСКОВЫЙ ГЕНЕРАТОР СИГНАЛОВ

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использована для генерирования гармонических сигналов при поиске и диагностики подземных коммуникаций.
Трассопоисковые генераторы сигналов осуществляют три основные функции: непосредственно генерирование сигналов; реализация режимов непрерывной генерации и импульсной амплитудной модуляции; стабилизация амплитуды выходного сигнала генератора сигналов.
Известен трассопоисковый генератор, содержащий задающий генератор, усилитель мощности, GPS-приемник, передающий радиомодем, аналого-цифровой преобразователь (патент РФ № 2414719, МПК G01R 31/08 (2006.01)), опубл. 20.03.2011). Трассопоисковый приемник содержит антенный блок, включающий два горизонтальных и два вертикальных индукционных преобразователя, четыре канала преобразования сигналов, микропроцессор, регистрирующее устройство. В этом трассопоисковом генераторе реализован режим непрерывной генерации сигнала, что ограничивает его функциональные возможности при поиске и диагностике подземных коммуникаций.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип является трассопоисковый генератор, содержащий задающий генератор, канал непрерывной генерации сигнала, модулирующий канал генератора, формирователь развертки канала непрерывной генерации сигнала, формирователь развертки модулирующего канала, постоянное запоминающее устройство канала непрерывной генерации сигнала, постоянное запоминающее устройство модулирующего канала, цифроаналоговый преобразователь канала непрерывной генерации сигнала, цифроаналоговый преобразователь модулирующего канала, усилитель мощности, преобразователь напряжения и согласующее устройство (патент РФ № 2463629, МПК G01R 31/11 (2006.11), опубл. 10.10.2011).
В нем любое изменение параметров сигнала происходит только при нулевом выходном сигнале, что обеспечивает высокую надежность управления всеми режимами генерации сигналов. Схемно-конструктивная реализация данного трассопоискового генератора осуществлена на основе двухканальной структуры с использованием цифровых логических элементов. Это обстоятельство не позволяет адаптировать работу генератора в условиях изменений параметров или режимов генерации сигналов в широком динамическом диапазоне.
Техническим результатом является повышение адаптационных возможностей и расширение функциональных возможностей трассопоискового генератора сигнала с одновременным повышением надежности его работы.
Для достижения технического результата в трассопоисковый генератор сигналов, состоящий из задающего генератора, усилителя мощности, к выходу которого подключены преобразователь напряжения и согласующее устройство, выход которого является выходом трассопоискового генератора сигналов. Между выходом задающего генератора и усилителем мощности дополнительно подключены последовательно соединенные первый и второй операционный усилители, при этом к инвертирующему входу первого усилителя последовательно включен первый цифровой потенциометр, а к инвертирующему входу второго усилителя включен параллельно второй цифровой потенциометр, управляющие входы обоих цифровых потенциометров соединены с первым и вторым управляющими выходами микроконтроллера, аналоговый вход которого подключен к выходу преобразователя напряжения, а третий и четвертый управляющие выходы - к управляющим входам задающего генератора, включающий генераторный модуль DDS, последовательно соединенный с дифференциальным усилителем.
Общими с прототипом признаками являются:
задающий генератор;
усилитель мощности;
преобразователь напряжения;
согласующее устройство.
Отличительными признаками заявляемого устройства является наличие:
блока стабилизации, содержащего операционный усилитель и цифровой потенциометр;
блока модуляции, содержащего операционный усилитель и цифровой потенциометр;
микроконтроллера;
выполнение задающего генератора с генераторным модулем DDS и дифференциальным усилителем;
а также связи меду блоками заявляемого устройства.
На фиг. 1 представлена схема трассопоискового генератора сигналов.
Трассопоисковый генератор сигналов 1 состоит из задающего генератора 2, содержащего генераторный модуль DDS 3 и дифференциальный усилитель 4, блока стабилизации 5, состоящего из первого цифрового потенциометра 6 и первого операционного усилителя 7, блока модуляции 8, состоящего из второго цифрового потенциометра 9 и второго операционного усилителя 10, микроконтроллера 11, усилителя мощности 12, согласующего устройства 13 и преобразователя напряжения 14.
Усилитель мощности 12 выполнен по мостовой схеме и обеспечивает необходимые мощностные параметры трассопоискового генератора сигналов 1.
Согласующие устройство 13 выполнено по трансформаторной схеме и обеспечивает согласование выходного сопротивления трассопоискового генератора сигналов 1 с сопротивлением исследуемой подземной коммуникации, что позволяет получить максимально возможный коэффициент полезного действия трассопоискового генератора сигналов 1.
Преобразователь напряжения 14 осуществляет преобразование переменного напряжения в постоянное, которое в микроконтроллере 11 преобразуется в эквивалентный цифровой код, являющийся цифровым управляющим сигналом для первого цифрового потенциометра 6 в блоке стабилизации 5 трассопоискового генератора сигналов 1.
Рассмотрим работу трассопоискового генератора сигналов 1.
Микроконтроллер 11 в соответствии с программным обеспечением (ПО) осуществляет задание исходных параметров трассопоискового генератора сигналов 1.
Генерация непрерывного синусоидального сигнала трассопоискового генератора сигналов 1 осуществляется задающим генератором 2, который выполнен на базе генераторного модуля DDS 3 и дифференциального усилителя 4, по сигналам от микроконтроллера 11.
Блок стабилизации 5 осуществляет стабилизацию синусоидального сигнала по амплитуде трассопоискового генератора сигналов 1 управляющими сигналами от микроконтроллера 11. Коэффициент передачи первого операционного усилителя 7 изменяется в соответствии с формулой:
где,
i
N - установленное текущее положение первого цифрового потенциометра 6;
max
N - максимальное число дискретов положения первого цифрового потенциометра 6;
1
R - входное сопротивление, подключенное через первый цифровой потенциометр 6 к инвертирующему входу первого операционного усилителя 7;
ЦП
R - полное сопротивление первого цифрового потенциометра 6;
2
R - сопротивление обратной связи первого операционного усилителя 7;
ЦП
- часть сопротивления первого цифрового потенциометра 6, равная (1-К)R;
Б
ЦП
R - часть сопротивления первого цифрового потенциометра 6, равная K R.
Стабилизация синусоидального сигнала по амплитуде трассопоискового генератора сигналов 1 осуществляется следующим образом. В начальный момент времени после включения устройства 1, с помощью микроконтроллера 11 устанавливают значение сопротивления первого цифрового потенциометра 6 на уровне половины его максимального значения. После выбора частоты и амплитуды выходного сигнала трассопоискового генератора сигналов 1, согласования с внешней нагрузкой (сопротивлением подземной коммуникации) в автоматическом или ручном режиме (по критерию максимального выходного тока трассопоискового генератора сигналов 1) микроконтроллер 11 вычисляет значение амплитуды выходного сигнала преобразователя 14. Далее микроконтроллер 11 путем изменения текущего положения (сопротивления) первого цифрового потенциометра 6 поддерживает установившееся значение сигнала преобразователя напряжения 14 при любом дестабилизирующем воздействии как собственного, так и внешнего происхождения.
Блок модуляции 8, осуществляет амплитудную модуляцию синусоидального сигнала трассопоискового генератора сигналов 1 управляющими сигналами от микроконтроллера 11. Коэффициент передачи второго операционного усилителя 10 изменяется в соответствии с формулой:
где ,
i
N - установленное текущее положение второго цифрового потенциометра 9;
max
N - максимальное число дискретов положения второго цифрового потенциометра 9;
1
R - входное сопротивление, подключенное через второй цифровой потенциометр 9 к инвертирующему входу второго операционного усилителя 10;
ЦП
Я - полное сопротивление второго цифрового потенциометра 9;
2
R - сопротивление обратной связи второго операционного усилителя 10;
A
ЦП
R - часть сопротивления второго цифрового потенциометра 9, равная (1-К)R;
B
ЦП
R - часть сопротивления второго цифрового потенциометра 9, равная К R.
T
R - сопротивление развязки, ограничивающее шунтирующие влияние второго цифрового потенциометра 9 на блок стабилизации 5.
Из формулы (2) следует, что при параллельном включении второго цифрового потенциометра 9 коэффициент передачи второго операционного усилителя 10 изменяется практически от нуля до максимального значения. Согласно ПО микроконтроллера 11 любому изменению параметров трассопоискового генератора сигналов 1 предшествует плавное уменьшение коэффициента передачи блока модуляции 8 от текущего значения до нуля. После изменения выходных параметров: ток, амплитуда, частота трассопоискового генератора сигналов 1 - плавное нарастание от нуля до исходного значения. Это означает, что управление блоком модуляции 8 обеспечивает режим, при котором изменения параметров трассопоискового генератора сигналов 1 осуществляется только при нулевом значении тока его выходного сигнала, и исключает перегрузку усилителя мощности 12, а, следовательно, повышена надежность его работы.
Из рассмотренного принципа действий трассопоискового генератора сигналов 1 следует, что применение цифровых потенциометров 6 и 9 соответственно с операционными усилителями 7 и 10 при соответствующем программном обеспечении микроконтроллера 11 позволило реализовать одноканальную структуру трассопоискового генератора сигналов 1, с дискретным управлением амплитуды выходного сигнала и осуществить ее плавное изменение заданное микроконтроллером 11. Таким образом повысились адаптационные возможности заявляемого устройства.
Использование микроконтроллера 11 позволило применить генераторный модуль DDS 3, что расширило возможности по выбору частоты выходного сигналов трассопоискового генератора сигналов 1.
Таким образом, предлагаемое техническое решение является новым, промышленно применимым, т.е. удовлетворяет критериям, предъявляемым к полезным моделям.