УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ИНИЦИАТОРА ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО ИМПУЛЬСНОГО УСТРОЙСТВА
DATA TRANSMISSION DEVICE FOR CONTACTLESS PROGRAMMING OF OPERATING MODES OF INITIATOR OF GAS-DYNAMIC PULSE DEVICE

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.
изл
вн
ст
нес
нес
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 и внутренним Д диаметрами, а вторая обмотка и стержневой сердечник длиной L 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 поступают на входы колебательного контура. Излучающая катушка индуктивности создает переменное электромагнитное поле. Резонансная частота поля, соответствующая несущей частоте сигналов F, 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.
упр.
упр
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 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. 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.