Аппаратно-программный комплекс для измерения наклонов земной поверхности на базе наклономерной станции Островского

диостанций абонентов мощностью меньше 10 Вт, что вполне приемлемо для подвижных абонентов, в том числе для индивидуальных носимых комплектов.

5. Преимущества разрабатываемой системы

1. применение малогабаритных радиостанций абонентов мощностью ~10 Вт позволит существенно уменьшить стоимость создания и эксплуатации системы по сравнению с известными системами, где используются передатчики мощностью ~1 кВт;

2. возможность применения для труднодоступных регионов, где использование сотовых систем радиосвязи нецелесообразно, при уменьшении стоимости канала (-10 раз) по сравнению со спутниковой связью;

3. небольшой вес и габариты радиостанций позволят использовать их на мобильных комплексах, а также в носимых вариантах;

4. существенное (-10 раз) повышение скорости передачи дискретной информации при существенном уменьшении вероятности ошибочного приема;

5. возможность уменьшения мощностей абонентских радиостанций до -1 Вт.

Библиографический список

1. Головин О.В. Декаметровая радиосвязь. - М.: Радио и связь, 1990. - 240 с.

2. Агарышев А.И., Агарышев В.А., Труднее К.И. Повышение эффективности систем КВ-радиосвязи с вынесенным ретранслятором на основе подавления многолучевости сигнала II Материалы V Межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов «Современные проблемы радиотехники». - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2005. -С. 7-17.

3. Агарышев А.И. Оперативный расчет максимально применимых частот с учетом горизонтальной неоднородности ионосферы II Радиотехника. - 1987. - N 12. - С.74-76.

4. Агарышев А.И. Метод расчета максимальных наблюдаемых частот при двухскачковом распространении декамет-ровых радиоволн II Радиотехника.-1985.-№ 4,- С.67-70.

5. Агарышев А.И. Влияние неоднородностей ионосферы на распространение верхних лучей и радиоволн с частотами выше классической МПЧ II Геомагнетизм и аэрономия - 1994, -Т. 34, N 6. -С. 112-119.

6. Труднее К.И., Агарышев А.И. Разнесённый приём и помехоустойчивое кодирование в системе радиосвязи с ретранслятором, II Современные проблемы радиоэлектроники: / Под ред. А.И. Громыко, A.B. Сарафанова. - Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005.- С.66-68.

Статья принята у публикации 21.05,07

А.С.Гуров

Аппаратно-программный комплекс для измерения наклонов земной поверхности на базе наклономерной станции Островского_

Байкальским филиалом Геофизической службы СО РАН на территории комплексной геофизической обсерватории Талая организованы измерения различных геофизических полей: сейсмических колебаний, высокочастотного сейсмического шума, уровня воды в скважине, уровня напряженности электромагнитного поля в диапазоне до 50 кГц, вариаций магнитного поля и др. Перед автором была поставлена задача организовать непрерывный мониторинг наклонов земной поверхности. Было принято решение создать на базе наклономерной станции Островского (НСО) производства Особого конструкторского бюро ордена Ленина Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта АН СССР аппаратно-программный комплекс для измерения наклонов земной поверхности.

Имеющаяся НСО выпуска 1988 г. ранее была законсервирована и хранилась на складе, В состав НСО входили два наклономера с фотоэлектрическим усилением сигнала, термограф, стабилизатор и регистрир с фотоэлектрическим увеличением и регистрацией на фотобумагу [1, 2]. В настоящее время регистрация результатов измерения на фотобумагу неприемлема, так

как такой способ является громоздким, неудобным для последующей обработки, морально и технически устаревшим (в частности, прекращено производство соответствующих фотоматериалов).

Наклономер с фотоэлектрическим усилением сигнала состоит из горизонтального маятника, снабженного электрическими катушками и магнитной системой, фотоэлектрического преобразователя и осветителя фотоэлементов. Маятник подвешен на одной вертикальной струне и двух горизонтальных плоских растяжках. На маятнике имеются две цилиндрические катушки с обмотками из медного провода, которые входят в кольцевые зазоры с двух сторон магнита. Катушки, обеспечивая затухание собственных колебаний маятника, служат главным образом для определения и контроля чувствительности наклономера, а также для дистанционного управления маятником с помощью электрического тока. Период колебаний горизонтального маятника определяется углом наклона оси вращения маятника относительно линии отвеса; для данного наклономера период составляет 5 ± 0,1 с. Оптическая схема наклономера при-

ведена на рисунке 1. Из осветителя луч проходит на систему из подвижного и неподвижного зеркал, где испытывает двойное отражение и попадает в виде изображения цилиндрической нити лампы накаливания на призмы с полным внутренним отражением. Призмы фотоэлектрического преобразователя расщепляют световой поток, отраженный от подвижного зеркала (жестко соединенного с маятником), на две части. В среднем положении маятника луч света разделяется на фотоэлементы пополам и суммарный фототок равен нулю. При отклонении маятника от среднего положения (наклоне) световой луч перемещается вправо или влево, нарушая баланс фототоков - появляется ненулевой результирующий ток, величина которого пропорциональна углу наклона. [1, 2]

Рис.1. Оптическая схема наклономера (1- источник света; 2 - призма осветителя; 3 - объектив осветителя; полвижное зеркало маятника; 5 - неподвижное зеркало;

6 призмы; 7 - фотоэлементы)

Для аппаратно-программного комплекса от базовой НСО были взяты наклономеры и герметичный корпус регистрира с пультом управления. Аналоговая система регистрации на фотобумагу была заменена на цифровую систему регистрации в энергонезависимую твердотельную память. Были также модернизированы цепи питания и калибровки. Термограф заменен интегральным

цифровым датчиком температуры. Структурная схема аппаратно-программного комплекса для измерения наклонов земной поверхности приведена на рисунке 2.

Сигналы от наклономеров усиливаются с помощью усилителей фототока и подаются на аналоговые входы автономного регистратора. Период дискретизации устанавливается в управляющей программе в диапазоне от 1 секунды до 10 минут. Два раза в сутки программа микроконтроллера включает калибровочные импульсы для наклономеров. С помощью цепей калибровки замыкаются реле, которые коммутируют калибровочные импульсы. Сами калибровочные импульсы представляют собой импульсы тока, сформированные источником стабильного напряжения (в оригинальном варианте наклономерной станции использовался ртутно-цинковый элемент, в разработанном аппаратно-программном комплексе применен электронный интегральный стабилизатор) и прецизионной резистивной схемой; эти импульсы подаются на калибровочную катушку наклономера, имитируя наклон заданной величины. Пульт управления предназначен для дистанционного управления положением маятников наклономеров путем изменения в заданных пределах величины и направления тока в регулировочных катушках маятников и регулировки величины калибровочного импульса.

Регистратор подключается соединительным кабелем с разъемом ОВ-9 к СОМ-порту ЭВМ (интерфейс 232С). ЭВМ с управляющей программой предназначена для управления процессом регистрации, считывания сохраненных данных и наблюдения за текущим состоянием регистратора. Усилители предназначены для приема токов фотоэлементов наклономеров и преобразования их в сигналы напряжения, пригодные для аналогово-цифрового преобразования микроконтроллерным регистратором, Усилители фототока реализованы на операционных усилителях КР140УД8А. Цепи калибровки представляют собой транзисторные ключи на биполярных транзисторах, включенных по схеме с общим эмиттером. Коллекторными нагрузками транзисторов ключей служат

1

Блок регистратора

Наклономер С-Ю

Наклономер В-3

Датчик температуры

Рис. 2. Структурная схема аппаратно-программного комплекса для измерения наклонов земной поверхности

обмотки электромагнитных реле.

Автономный регистратор предназначен для регистрации сигналов наклономеров и показаний датчика температуры. Структурная схема регистратора приведена на рисунке 3.

не обсерватории Талая Байкальского филиала Геофизической службы СО РАН.

Расстояние между местом установки наклономеров с автономным регистратором и обрабатывающего компьютера составляет примерно 150 м. Непосредственная организация -связи между автономным регистратором

Автономный регистратор

Аналоговый Микр око нтр о л л ер

Память EEPROM

канал 0 Аналоговый 1=1 0 1—г Ан СО

канал 1 Устройство сопряжения с RS-232

Й ЭВМ

Датчик щ,—^ щ г

температуры Р*

Рис. 3. Структурная схема автономного регистратора

Основным элементом регистратора является микроконтроллер (PIC16F876). Программа микроконтроллера управляет всем устройством. В энергонезависимую память EEPROM объемом 16 Мбит (AT45DB161) ведется запись данных с двух аналоговых каналов и от датчика температуры (DS18B20). Устройство сопряжения (МАХ232) предназначено для преобразования логических уровней микроконтроллера в уровни интерфейса RS-232.

Программное обеспечение комплекса состоит из двух сегментов: написанной на языке ассемблера PIC12/16 в среде MICROCHIP MPLAB IDE v.7.11. программы микроконтроллера автономного регистратора и написанной в среде Borland Delhi 5 управляющей программы ЭВМ,

Разработанный аппаратно-программный комплекс для измерения наклонов земной поверхности в настоящее время находится в режиме отладки и опытной эксплуатации. Комплекс установлен в геофизической штоль-

НСО и компьютером на таком расстоянии по интерфейсу 1^-2320 невозможна; кроме того, интерфейс RS-232C не обеспечивает гальваническую развязку, что недопустимо в данных условиях по соображениям грозозащиты и защиты от наводок силовых электрических цепей. Для организации постоянной связи на требуемое расстояние был применен интерфейс «токовая петля», реализованный на специализированных микросхемах (НСР1.-4100, НСР1-4200). Передача сигналов ведется по экранированным витым парам, сигнал передается наличием или отсутствием тока в цепи, обеспечивается гальваническая развязка с обеих сторон.

Библиографический список

1. НСО.ОО.ОО.ООО ТО Наклономерная станция. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - М. : ОКБ ИФЗ АН СССР, 1980. - 81 с.

2. Островский, А.Е. Деформации земной коры по наблюдениям наклонов / Алексей Емельянович Островский. - М. : Наука, 1978. - 184 с.

Статья принята к публикации 21.05.07

С.В.Дудаков

Об акустической диагностике железобетонных изделий

Группой сотрудников Томского политехнического университета был разработан и реализован метод контроля прочности железобетонных конструкций по измерениям характеристик отклика, возникающего в момент калиброванного удара по изделию [1-3]. Метод широко опробован и показал свою высокую эффективность на строительных конструкциях и мостовых сооружениях. Для использования метода, называемого авторами [1-3] электромагнитный эмиссионный контроль прочности бетонов, был изготовлен микропроцессорный регистратор «Прочность». В качестве датчика электромагнитных сиг-

налов используется антенна (если выражаться в терминах радиосвязи), представляющая собой, широкополосный полуволновой вибратор размером 4 см, выполненный в виде двух равнобедренных треугольников с основанием 2 см. Эта антенна через сопротивление 27 МОм соединена с усилителем. Для приема низкочастотного электромагнитного излучения звукового диапазона эта система малоэффективна из-за высокоомного входа и малых размеров. Усилитель помещён в массивный алюминиевый корпус, закреплённый внутри алюминиевого цилиндра высотой 11,5 см и диаметром 6 см. Толщи-