ГЕНЕРАТОР КАБЕЛЕИСКАТЕЛЯ

Полезная модель относится к радиотехнике и связи и может быть использована при отыскании проложенных в земле кабелей связи.
Известен кабелеискатель, в состав которого наряду с другими узлами и элементами входит генератор синусоидального сигнала (см. патент РФ №2112317, кл. Н 04 В 3/34, 1998). Данный генератор является генератором кабелеискателя. Его недостатками являются низкие функциональные возможности, обусловленные низкими помехоустойчивостью и надежностью измерений в условиях помех естественного и искусственного происхождения, а также низким коэффициентом полезного действия. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является генератор кабелеискателя, который может использоваться в трассоискателе или кабелеискателе (см. патент РФ №2206106, кл. G 01 V 3/12, 2003). При этом известный генератор содержит задающий каскад, манипулятор, буферный каскад, оконечный усилитель мощности, узел согласования с линией, измерительную схему и блок питания.
Недостатком известного генератора также являются его низкие функциональные возможности, обусловленные низкими помехоустойчивостью и надежностью измерений в условиях помех естественного и искусственного происхождения, а также низким коэффициентом полезного действия.
Техническим результатом, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, является повышение помехоустойчивости и надежности измерений в условиях помех естественного и искусственного происхождения, а также повышения коэффициента полезного действия.
Технический результат достигается за счет того, что генератор кабелеискателя имеет времязадаюшую цепь, выполненную из последовательно соединенных резистора и пьезоэлемента, дифференцирующую цепь, выполненную из последовательно включенных
резистора и конденсатора, блок формирования управляющих сигналов, соединенный первым и вторым входами, соответственно, с связанными первыми выводами резистора и пьезоэлемента времязадающей цепи и связанными первыми выводами резистора и конденсатора дифференцирующей цепи, а первым и вторым выходами через преобразователь уровня напряжения со входами двухтактного усилителя мощности, выходы которого соединены с выводами первичной обмотки трансформатора мощности, подключенной выводом средней точки к первому выводу токоизмерительного резистора, входу узла стабилизации напряжения и через переключатель сигналов к управляющему входу мультивибратора, выход узла стабилизации напряжения связан с первым выводом питания блока формирования управляющих сигналов и вторыми выводами резисторов времязадающей и дифференцирующей цепей, база биполярного транзистора соединена со вторым выводом токоизмерительного резистора, коллектор биполярного транзистора соединен с первым выводом первого резистора первого делителя напряжения, который первым выводом второго своего резистора подключен к первому выводу первого резистора второго делителя напряжения, второму выводу пьезоэлемента времязадающей цепи, второму выводу конденсатора дифференцирующей цепи, первому выводу дополнительного конденсатора, второму выводу питания блока формирования управляющих сигналов, первому выводу конденсатора, управляющим входам узла стабилизации напряжения и двухтактного усилителя мощности и через переключатель питания с минусом источника постоянного напряжения и выводом средней точки первой вторичной обмотки трансформатора мощности, второй вывод дополнительного конденсатора соединен с связанными между собой вторыми выводами резисторов первого делителя напряжения и третьим входом блока формирования управляющих сигналов, первый вывод второго резистора второго делителя напряжения соединен с первым выходом
мультивибратора, который вторым выходом через фазосдвигающую цепочку подключен к первому своему выходу, при этом соединенные между собой вторые выводы резисторов второго делителя напряжения связаны с четвертым входом блока формирования управляющих сигналов, эмиттер биполярного транзистора и вторые выводы токоизмерительного резистора и конденсатора соединены друг с другом и с плюсом источника постоянного напряжения, а вторая вторичная обмотка трансформатора мощности первым выводом связана с одним из выводов диодной мостовой цепи, а вторым выводом соединена с первым выводом переменного резистора, причем выводы второй вторичной обмотки трансформатора мощности являются первыми выводами генератора кабелеискателя, вторыми выводами которого являются другой вывод диодной мостовой цепи и второй вывод переменного резистора, причем выход управления фазосдвигающей цепочки соединен со входом мультивибратора.
Кроме того, фазосдвигающая цепочка имеет конденсатор, резисторы и диоды, первый выход конденсатора соединен с первыми выводами первого и второго резисторов, второй вывод первого резистора связан с анодом первого диода, подключенного катодом к аноду второго диода, связанного катодом через третий резистор со вторым выводом второго резистора, являющимся выводом фазосдвигающей цепочки, который выполнен с возможностью подключения ко второму выходу мультивибратора, причем второй вывод конденсатора, являющийся выводом фазосдвигающей цепочки, выполнен с возможностью соединения с первым выходом мультивибратора, причем катод первого диода является выходом управления фазосдвигающей цепочки.
Данный технический результат достигается также за счет того, что двухтактный усилитель мощности имеет полевые транзисторы, конденсатор, резисторы, диоды и стабилитрон, катод которого выполнен с возможностью подключения к выводу средней точки первичной обмотки трансформатора мощности, сток первого полевого транзистора соединен с
первым выводом конденсатора и анодом первого диода, сток второго полевого транзистора подключен к первому выводу резистора и аноду второго диода, катод которого связан с катодом первого диода и катодом стабилитрона, причем истоки полевых транзисторов объединены и являются управляющим входом двухтактного усилителя мощности, второй вывод конденсатора соединен со вторым выводом резистора, при этом затворы полевых транзисторов являются входами двухтактного усилителя мощности, выходами которого являются стоки полевых транзисторов.
Кроме того, диодная мостовая цепь имеет индикатор равновесия тока, включенный выводами в одну из ее диагоналей.
Сущность полезной модели поясняется на фиг.1, где обозначены резистор 1, пьезоэлемент 2, резистор 3, конденсатор 4, резистор 5, конденсатор 6, резистор 7, блок 8 формирования управляющих сигналов, преобразователь 9 уровня напряжения, полевые транзисторы 10, 11, конденсатор 12, резистор 13, диоды 14, 15, стабилитрон 16, трансформатор 17 мощности, мультивибратор 18, резисторы 19, 20, конденсатор 21, резисторы 22, 23 и 24, диоды 25, 26, стабилизаторы 27, 28 напряжения, биполярный транзистор 29, конденсаторы 30, 31, токоизмерительный резистор 32, конденсатор 33, переменный резистор 34, переключатель 35 питания, переключатель 36 сигналов, диодная мостовая цепь 37, индикатор 38 равновесия тока, первичная 39 и первая 40 и вторая 41 вторичные обмотки трансформатора 17 мощности. При этом времязадающая цепь содержит резистор 1 и пьезоэлемент 2. Дифференцирующая цепь имеет резистор 3 и конденсатор 4. Первый делитель напряжения содержит резисторы 5 и 7. Второй делитель напряжения включает в себя резисторы 19 и 20.
Усилитель тока, включающий биполярный транзистор 29, токоизмерительный резистор 32 и конденсатор 33, вместе с делителем, включающим резисторы 5 и 7 и конденсатор 6, выполняют функцию электронного предохранителя. Конденсатор 33 соединен первым выводом с
эмиттером транзистора 29, первым выводом резистора 32, второй вывод которого связан с базой транзистора 29.
Блок 8 формирования управляющих сигналов представляет собой двухтактный контроллер электронных пускорегулирующих аппаратов КР1211ЕУ1А (WWW.dodecd.ru/files/1211eul.pdf). Особенность его микросхемы - наличие двух мощных каналов управления ключами, работающих в противофазе с обязательной паузой между выходными импульсами. Максимальная рабочая частота задающего генератора - 5 МГЦ.
На выходах Q1 и Q2 (фиг.1) поочередно появляются прямоугольные импульсы, частота которых определяется выражением (1)
вых
f=0,078/RC
где:
R - значение величины сопротивления резистора 1;
С - значение величины емкости пьезоэлемента 2.
Выводы FC и FV (фиг.1) используются для построения различных схем защиты. При подаче на вход FV напряжения с высоким уровнем. Выходы Q1 и Q2 (фиг.1) блокируются и переходят в состояние низкого уровня. С уменьшением напряжения до низкого уровня выходные импульсы появляются вновь.
Преобразователь 9 уровня напряжения выполнен на базе микросхемы КР 561ЛН2 и представляет собой блок, который обеспечивает стабилизацию нагрузки блока 8 формирования управляющих сигналов, причем за счет преобразования уровня напряжения уменьшается время переходного процесса во всех элементах и схемах генератора кабелеискателя. Мультивибратор 18 выполнен на базе микросхемы КР 561ЛЕ5. Узел стабилизации напряжения содержит стабилизаторы 27, 28 и конденсаторы 30 и 31.
Двухтактный усилитель мощности имеет полевые транзисторы 10, 11, конденсатор 12, резистор 13, диоды 14, 15 и стабилитрон 16, при этом
катод стабилитрона 16 выполнен с возможностью подключения к выводу средней точки первичной обмотки 39 трансформатора 17 мощности, сток первого полевого транзистора 10 соединен с первым выводом конденсатора 12 и анодом первого диода 14, сток второго полевого транзистора 11 подключен к первому выводу резистора 13 и аноду второго диода 15, катод которого связан с катодом первого диода 14 и катодом стабилитрона 16, причем истоки полевых транзисторов объединены и являются управляющим входом двухтактного усилителя мощности, второй вывод конденсатора 12 соединен со вторым выводом резистора 13, при этом затворы полевых транзисторов 10, 11 являются входами двухтактного усилителя мощности, выходами которого являются стоки полевых транзисторов 10, 11.
Фазосдвигающая цепочка содержит конденсатор 21, резисторы 22, 23 и 24, диоды 25, 26, при этом первый выход конденсатора 21 соединен с первыми выводами первого 22 и второго 23 резисторов, второй вывод первого резистора 22 связан с анодом первого диода 25, подключенного катодом к аноду второго диода 26, связанного катодом через третий резистор 24 со вторым выводом второго резистора 23, являющимся выводом фазосдвигающей цепочки, который выполнен с возможностью подключения ко второму выходу мультивибратора 18, причем второй вывод конденсатора 21, являющийся выводом фазосдвигающей цепочки, выполнен с возможностью соединения с первым выходом мультивибратора 18, причем катод первого диода 25 является выходом управления фазосдвигающей цепочки.
Трансформатор 17 мощности имеет одну первичную обмотку 39 и две вторичные обмотки (первую 40 и вторую 41), при этом обмотку 40 можно использовать для поиска кабельных пар, а обмотка 41 используется для подачи сигнала в кабель для поиска дефектов и повреждений.
Принцип функционирования генератора кабелеискателя заключается в следующем. Это устройство совместно с другими блоками и узлами
входит в состав аппаратуры для определения трассы и глубины залегания подземного или подводного кабеля, а также мест повреждения жил кабеля при полном их заземлении. При этом генератор кабелеискателя при своем функционировании обеспечивает возможность определения интенсивности или напряженности магнитного поля в разных точках трассы кабеля. Это связано с тем, что подключенный к концу кабеля генератор кабелеискателя формирует соответствующий сигнал, распространяющийся по кабелю и приводящий к созданию вокруг него магнитного поля, которое может быть уловлено с помощью искателя соответствующей конструкции. Как правило, основным параметром, который позволяет искать сгенерированный сигнал, является частота генератора кабелеискателя. Передвигая искатель таким образом, чтобы амплитуда сигнала при заданной частоте была максимальной, определяют трассу проложенного кабеля. В месте повреждения жил кабеля (при полном их заземлении) магнитное поле, а, следовательно, амплитуда сигнала резко ослабевают, что фиксируется искателем и дает возможность определить место дефекта кабельной линии связи.
Изложенное показывает, что во все этой схеме измерения сигнала при определении трассы и глубины залегания кабеля важное место отводится генератору кабелеискателя, который должен обеспечить повышенные помехоустойчивость и надежность измерений, а также повышенный коэффициент полезного действия.
В основном это обеспечивается работой блока 8 формирования управляющих сигналов при наличии в нем двух мощных каналов управления ключами, работающих в противофазе с обязательной паузой между выходными импульсами. Максимальная рабочая частота задающего генератора - 5 МГЦ.
На выходах Q1 и Q2 блока 8 поочередно появляются прямоугольные импульсы, которые связаны с времязадающей цепочкой выражением (1).
Выводы FC и FV блока 8 используются для построения различных схем защиту. При подаче на вход FV напряжения с высоким уровнем выходы Q1 и Q2 блока 8 блокируются и переходят в состояние низкого уровня. С уменьшением напряжения до низкого уровня выходные импульсы появляются вновь. За счет этого формируется пауза в сигнале генератора, которая вырабатывается мультивибратором 18.
При подаче напряжения с высоким уровнем на вход FC блока 8 также блокируются и переходят в состояние низкого уровня и остаются в этом состоянии, и после пропадания сигнала с высоким уровнем на входе FC.
В цепь питания генератора включен токоизмерительный резистор 32 и делитель напряжения на элементах 5-7. При увеличении тока нагрузки сверх заданного предела биполярный транзистор 29 увеличивает напряжение на делителе напряжения с резисторами 5 и 7, и блок 8 выключит выходные полевые транзисторы 10 и 11 и не допустит их повторного включения. Для перезапуска генератора необходимо выключить питание на 10-15 секунд и затем снова его включить.
Блок 9 работает как преобразователь уровня. Его назначение - стабилизировать нагрузку блока 8, а за счет преобразователя уровня уменьшить время переходного процесса.
Двухтактный усилитель мощности, являющийся выходным каскадом класса Д, что позволяет значительно повысить коэффициент полезного действия всего генератора (75% и более), при этом данный усилитель мощности переключает в режиме ключа трансформатор 17 с помощью полевых транзисторов 10 и 11.
Мультивибратор 18 в данном устройстве выполняет функцию маркера полезного сигнала, который накладывается на основной сигнал генератора.
Данный генератор кабелеискателя можно использовать для поиска кабельных пар. На трансформаторе 17 для этой цели намотана обмотка 40 (Выход ГИКП - выход генератора искателя кабельных пар).
Генератор выполнен в виде прибора настольного типа с габаритными размерами 250×168×150 мм, удобен для трансформирования и может легко переноситься вместе с искателем.
Использование генератора расширяет его функциональные возможности за счет повышения помехоустойчивости и надежности измерений в условиях помех естественного и искусственного происхождения, а также повышения коэффициента полезного действия.