УСТРОЙСТВО ПОДКЛЮЧЕНИЯ ДЛЯ ИНДУКЦИОННОЙ СВЯЗИ

Полезная модель относится к технике индукционной связи и может быть использована в малогабаритной приемопередающей технике средневолнового диапазона для ведения индукционной связи. Устройство предназначено для быстроразворачиваемого узла индукционной связи, что очень актуально в шахтах и рудниках, где практически в каждой горной выработке находится множество кабелей, вдоль которых хорошо распространяются сигналы средневолнового диапазона.
Для организации точки подключения приемопередатчиков в системах индукционной связи применяются специальные устройства, которые обычно (Патент US №4777652) представляют собой размещенную на размыкаемом ферромагнитном кольце обмотку и последовательно включенный конденсатор переменной емкости. Для установки такого устройства подключения требуется раскрыть кольцо с обмоткой и внутри него установить шахтные кабели, которые требуется возбудить передаваемым сигналом. С помощью регулировки переменного конденсатора добиваются настройки резонансной частоты устройства подключения индукционной связи. Недостатком такого устройства является неудобство использования. Толщина кабеля, к которому можно подключиться ограничена внутренним диаметром размыкаемого ферромагнитного кольца. Кроме того, ферромагнитный сердечник ограничивает подводимую мощность к согласующему устройству.
Конструкция предлагаемого устройства подключения лишена ферритовых сердечников, что значительно увеличивает максимальный уровень подводимой мощности сигнала.
Устройство подключения имеет в своем составе согласующий трансформатор с изменяемым коэффициентом трансформации в виде первичной и вторичной обмоток, расположенных на одной оси. Для осуществления перестройки резонансной частоты вблизи витков вторичной обмотки трансформатора располагается емкостной элемент, который подключается гальванически к любой точке трансформатора и может передвигаться вдоль оси вторичной катушки, удаляться или приближаться к виткам вторичной катушки.
Для того чтобы устройство подключения не только плавно перестраивалось в рамках одного диапазона радиоволн, но и могло работать на нескольких частотных диапазонах первичная и вторичная обмотки трансформатора выполнены из нескольких секций, которые подключаются последовательно с помощью реле. От количества подключенных секций зависит значение индуктивности обмотки и частотный диапазон.
У устройства подключения к концу вторичной катушки трансформатора присоединяется либо непосредственно проводник однопроводной линии индукционной связи или отрезок провода, который далее располагается вдоль любых кабелей, используемых в качестве линий передачи индукционной связи. Устройство подключения возбуждает электромагнитный сигнал в кабелях за счет емкостной связи между отрезком провода и кабелями. Такая конструкция обладает значительной простотой, для нее не существует ограничений на толщину кабеля для подключения устройства, так как гибкий отрезок проводника может быть легко размещен в любом месте, рядом с любым кабелем.
Таким образом, устройство подключения для индукционной связи дает возможность пользователям индукционных систем связи оперативно организовывать стационарные точки связи вдоль кабельных линий в любом месте.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемому устройству подключения является антенна по патенту RU №2488927 «Перестраиваемая резонансная антенна с согласующим устройством». Эта антенна содержит вибратор в виде 2D или 3D проводящего тела, согласующий трансформатор на незамкнутом магнитопроводе, вторичная обмотка которого подключена к вибратору, а на первичную подается питание. Вместо вибратора у устройства подключения используется либо отрезок провода, либо линия индукционной связи. Эта антенна имеет очень малые габариты и может использоваться в мобильной радиосвязи, однако она обладает существенным недостатком, а именно, подобная конструкция антенны может эффективно использоваться только для излучения сигналов портативных радиостанций небольшой мощности 1-5 Вт, поскольку при подаче сигнала большей мощности ферритовый стержень, из которого выполняется магнитопровод, входит в магнитное насыщение и нагревается, что не позволяет использовать эти антенны для передачи мощностей в несколько десятков и сотен Ватт, что особенно требуется в случае организации узла стационарной радиосвязи.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в возможности перестроения рабочей частоты устройства подключения в достаточно широком диапазоне при использовании источников сигнала повышенной мощности до десятков и сотен Ватт при сохранении его малых габаритных размеров для расширения функциональных возможностей радиоаппаратуры в особенности в условиях ограниченного объема (шахты, пещеры), кроме того, устройство может перестраиваться и на другие частотные диапазоны.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве подключения, содержащем согласующий трансформатор, состоящий из первичной и вторичной обмоток и точки подключения к индукционной линии, соединенной с его вторичной обмоткой, согласно заявляемой полезной модели вблизи вторичной катушки, располагается настроечный элемент в виде подвижного емкостного элемента (электрода).
Емкостной элемент делается подвижным вдоль оси вторичной катушки, и устройство подключения содержит механизм передвижения данного элемента, который может быть выполнен в виде электродвигателя с винтом, который вращаясь передвигает емкостной элемент относительно вторичной катушки трансформатора и тем самым изменяет рабочую частоту устройства подключения.
Изменение рабочей частоты устройства подключения происходит из-за изменения шунтирующей емкости между витками вторичной обмотки и настроечным емкостным элементом. Это изменение частоты возможно в пределах ширины полосы 10-20% от центральной частоты. А для того, чтобы перейти на другой частотный диапазон первичная и вторичная обмотка трансформатора выполняется из нескольких секций, которые подключаются с помощью реле. При подключении дополнительных секций выбирается более низкий диапазон радиоволн, а при отключении секций более высокий.
Полезная модель может быть реализована промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий и материалов и соответствует требованиям критерия "промышленная применимость".
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена конструктивная схема устройства подключения для индукционной связи.
В качестве каркаса устройства подключения используется диэлектрическая труба на которой размещается контакт 1 для подключения индукционной линии - выход. На каркасе размещены первичная 2 и вторичная 3 обмотки трансформатора к которым подсоединен вход устройства 5. Внутри каркаса на отрезке пластиковой трубы установлен емкостной элемент 4, который может быть выполнен из фольги. Имеется механизм перемещения 6 емкостного элемента 4 для настройки устройства состоящий из электродвигателя, редуктора и винта, расположенных на оси вторичной катушки, при вращении которого емкостной элемент перемещается вдоль этой оси.
Более подробно устройство подключения описано в разрезе двух плоскостей на фиг. 2. А) и В). Каркас устройства 8 располагают в защитном кожухе 7, который тоже выполняют из диэлектрического материала. Устройство перемещения подстроечного емкостного элемента 6 состоит из электродвигателя 6.1, редуктора 6.2, винта 6.3 на оси катушек трансформатора, гайки 6.4, в которой вращается винт. Гайка 6.4 жестко закреплена в трубке 9 на которой снаружи находится емкостной элемент 4 в виде слоя фольги. Для того чтобы трубка 9 с гайкой 6.4 не проворачивалась при вращении винта 6.3 и перемещалась вверх-вниз, на трубке 9 и каркасе антенны 8 размещены направляющие 10. Емкостной элемент 4 подключается гибким изолированным проводником к любой точке трансформатора, например, А, В, D или Е. На фиг. 3 А) показано подключение подстроечного элемента 4 к концу вторичной обмотки в точке Е, а на фиг. 3 В) показано подключение емкостного элемента к точкам В и D, т. е. к концу первичной и началу вторичной катушки.
1
2
N
На фиг. 4 изображена эквивалентная электрическая схема устройства подключения. Подстроечный емкостной элемент 4 и витки вторичной катушки образуют серию подстроечных конденсаторов переменной емкости С, С…C емкость которых зависит от расположения элемента 4.
На фиг. 5 изображен фрагмент электрической схемы трансформатора двухдиапазонного устройства подключения. Первичная катушка состоит из двух сегментов 2.1 и 2.2, а вторичная катушка из сегментов 3.1 и 3.2. Сегменты 2.2 и 3.2 подключаются последовательно к катушкам с помощью реле. Когда эти катушки подключены, устройство подключения работает на нижнем диапазоне, а когда отключены, то на более высоком диапазоне частот. Таким техническим решением достигается многодиапазонность устройства подключения.
Индукционная линия подключается к выходу устройства подключения либо непосредственно, либо через отрезок гибкого провода, который располагают вдоль любых кабелей, которые используют в качестве индукционных линий связи.
g
На фиг. 6 разъясняется принцип действия устройства подключения. Приемопередатчик 11 соединен высокочастотным кабелем с устройством подключения 12. Устройство подключения 12 на фиг. 6 А) подсоединяется в точке Е к однопроводной индукционной линии связи 13. Вторым проводом для распространения сигнала служит земля, с которой у приемопередатчика имеется гальваническая или емкостная связь C. Сигнал индукционной связи распространяется вдоль однопроводной линии связи.
С
Кроме использования специальной выделенной однопроводной линии, к которой устройство подключения соединяется гальванически можно использовать имеющиеся в шахте, руднике или на другом объекте кабели 15. На фиг. 6 В) показано безгальваническое емкостное подключение к имеющимся кабелям. Для этого к устройству подключения в точке E присоединяется отрезок гибкого изолированного провода 14, который укладывается вдоль кабелей 15. Между проводом 14 и кабелями 15 возникает емкостная связь С, вследствие этого кабели возбуждаются от высокочастотного сигнала приемопередатчика и служат линией индукционной связи.
Устройство подключения для индукционной связи работает следующим образом.
Данное устройство с помощью трансформатора согласует радиопередатчик с линией индукционной связи, которая подключается непосредственно к концу вторичной катушки трансформатора либо к концу вторичной катушки трансформатора подключается отрезок гибкого провода в несколько метров, который потом располагают вдоль кабелей, используемых для индукционной связи. Эти кабели будут возбуждаться за счет емкостной связи между ними и отрезком гибкого провода. Данное устройство может возбудить индукционную линию только на одной резонансной частоте, зависящей от индуктивности вторичной катушки трансформатора, длины и толщины гибкого провода. Использование подстроечного емкостного элемента шунтирующего вторичную обмотку трансформатора вызовет изменение резонансной частоты и перестроит резонансную частоту.