Способ формирования выходного сигнала
В радиолюбительской связной аппаратуре широко используются в основном два способа формирования однополосного сигнала — фильтровый и фазовый [1]. Третий — фазофильтровый пока не получил распространения. Все они относятся к «прямым» методам, которые характеризуются тем, что звуковой сигнал после ряда частотных преобразований превращается в однополосный.
Особое место занимает «синтетический» способ формирования SSB сигнала, предложенный М. Верзуновым [2]. Его суть состоит в следующем. Из исходного звукового формируют SSB сигнал (любым способом) на сравнительно низкой вспомогательной частоте, где легко подавить несущую и ненужную боковую полосу. Сформированный сигнал детектируют двумя детекторами — амплитудным и частотным, на выходе которых выделяются напряжения, пропорциональные мгновенной амплитуде и мгновенной частоте SSB сигнала. Задающий генератор передатчика, возбуждаемый на рабочей частоте, модулируется по частоте напряжением с выхода частотного детектора. В выходном каскаде передатчика излучаемый сигнал модулируется еще и по амплитуде напряжением с выхода амплитудного детектора. При правильно подобранных коэффициентах модуляции на рабочей частоте образуется и поступает в антенну обычный SSB сигнал.
К достоинствам «синтетического» метода следует отнести возможность формирования SSB сигнала на сколь угодно высокой частоте и малое содержание побочных продуктов (комбинационных частот) в выходном сигнале. Кроме того, большинство ВЧ каскадов передатчика может работать в режиме класса С с высоким КПД. К недостаткам способа следует отнести недопустимость относительного фазового сдвига управляющих сигналов в каналах модуляции частоты и амплитуды и необходимость достаточно точно воспроизводить амплитуды и частоты синтезированного сигнала, что предъявляет жесткие требования к линейности амплитудно-частотных характеристик детекторов и модуляторов. Последний недостаток в частотном канале частично устраняется, когда при управлении частотой задающего генератора используется система ФАПЧ.
Сравнительно недавно в печати появились краткие сообщения о разработке в Англии новой схемы формирования SSB сигнала «синтетическим» способом с использованием техники автоматического регулирования [3], позволившей в значительной мере устранить описанные недостатки способа. Авторы (V. Petrovic и W. Gosling) назвали новый передатчик «Polar loop SSB transmitter», имея в виду, скорее всего, векторное представление SSB сигнала в полярных координатах. Структурная схема передатчика показана на рис: 1.
Puc.1
Его высокочастотная часть проста — содержит задающий генератор G1, настроенный на рабочую частоту f,, и усилитель мощности А1, связанный с антенной W1. Низкочастотная часть аппарата сложнее. В нее входит формирователь вспомогательного SSB сигнала U1, преобразующий звуковой сигнал с микрофона В1 в однополосный на какой-либо сравнительно низкой частоте, например 500 кГц. Формирователь U1 может содержать микрофонный усилитель А5, балансный модулятор U8. опорный генератор G3 на частоту 500 кГц и электромеханический фильтр Z2.
Сформированный низкочастотный SSB сигнал Ui подается на ограничитель U2 и синхронный детектор U3, на выходе которого выделяется напряжение. пропорциональное амплитуде SSB сигнала а1. Таким образом, элементы U2 и U3 выполняют функции амплитудного детектора. Разумеется, можно было бы применить и обычный детектор огибающей, но его линейность хуже, а ограничитель все равно нужен для дальнейших преобразований сигнала.
Теперь посмотрим на структурную схему передатчика «с другой стороны», с выхода. Часть выходного ВЧ сигнала через аттенюатор А4 поступает на преобразователь частоты U7, гетеродином которого служит синтезатор частот G2 или какой-либо иной высокостабильный генератор. Его частоту f, устанавливают равной разности или сумме рабочей частоты f1 и вспомогательной низкой частоты f3. В этом случае после преобразования выделится сигнал с частотой, равной частоте сформированного низкочастотного сигнала (в нашем примере 500 кГц). Предположим, что рабочая частота f1 равна 28 500 кГц. тогда частота синтезатора G2 должна быть 28 000 или 29 000 кГц. Преобразованный сигнал подается на ограничитель U5 и синхронный детектор U6. аналогичные узлам U2 и U3. На выходе синхронного детектора U6 выделяется напряжение. пропорциональное амплитуде излучаемого сигнала а2. Оба напряжения, а1 и a2 поступают на дифференциальный мод модуляционного усилителя постоянного тока A3 и управляют амплитудой ВЧ сигнала в усилителе мощности А1. Таким образом, образуется замкнутая петля слежения за амплитудой излучаемого сигнала.
На работу петли мало влияют коэффициенты передачи синхронных детекторов и других звеньев. Более того, чем больше коэффициент усиления в петле (определяемый в основном усилителем A3), тем точнее отслеживается амплитуда выходного сигнала при условии, что фазовые сдвиги сигнала регулирования в петле невелики (иначе петля может самовозбудиться). Необходимая пиковая выходная мощность передатчика устанавливается аттенюатором А4.
Рассмотрим работу канала слежения за частотой. Ограниченный SSB сигнал Из и преобразованный по частоте и также ограниченный выходной сигнал U4 поступает на фазовый детектор U4, где сравниваются между собой по фазе. Выходное напряжение фазового детектора. пропорциональное разности фаз, через фильтр нижних частот Z1 и усилитель постоянного тока А2 воздействует на варикап, включенный в контур задающего генератора передатчика G1. Узлы U4, Z1. А2 и варикап входят, таким образом, в петлю ФАПЧ, устанавливающую точное равенство частот вспомогательного SSB сигнала ч преобразованного выходного. Необходимо только, чтобы при включении передатчика частота задающего генератора попала в поносу захвата петли ФАПЧ (которая может составлять десятки и сотни килогерц), дальнейшее слежение происходит автоматически. В паузах речевого сигнала система подстраивается под частоту подавленной несущей f3, остаток которой имеется на выходе вспомогательного формирователя SSB сигнала U1. Выходной каскад передатчика в паузах закрыт благодаря работе петли слежения за амплитудой.
Суть работы всей системы, таким образом, сводится к следующему: формируется вспомогательный SSB сигнал на частоте f3 (узлом U1), излучаемый сигнал преобразуется в эту же частоту (элементы U7, G2), и две петли автоматического слежения за амплитудой и частотой устанавливают равенство амплитуд и фаз вспомогательного и излучаемого SSB сигналов. В результате излучается SSB сигнал, в точности соответствующий вспомогательному, но на значительно более высокой частоте f1. Работу системы можно пояснить и векторной диаграммой в полярных координатах г и ф, показанной на рис. 2.
Puc.2
Вектор U1 изображает вспомогательный SSB сигнал. Длина а, этого вектора соответствует амплитуде, а угол ф1 — фазе. Преобразованный по частоте выходной сигнал передатчика изображен как вектор U2. Система регулирования амплитуды стремится установить равенство длин векторов U1 и U2, а система ФАПЧ — равенство их фаз. При идеальном отслеживании векторы совпадают, и преобразованный сигнал в точности соответствует сформированному.
Практически всегда имеется некоторая ошибка слежения, которая уменьшается при повышении усиления в петлях регулирования.
При реализации ВЧ часть передатчика получается исключительно простой. Выходной каскад может работать в режиме класса С с высоким КПД. Не требуется и высокой линейности амплитудного и частотного модуляторов, поскольку глубокая отрицательная обратная связь в петлях регулирования линеаризует систему и значительно уменьшает нелинейные искажения. К стабильности задающего генератора G1 также не предъявляется особых требований, поскольку его частоту стабилизируют системой ФАПЧ. Передатчик перестраивается по частоте синтезатором G2. Изобретатели нового «синтетического» способа сообщают, что ВЧ часть передатчика совершенно нечувствительна к пульсациям питающих напряжений, изменениям номиналов элементов и т. д. Главным же достоинством передатчика является очень высокая чистота выходного спектра, что в условиях современного эфира особенно важно. Побочных частот (кроме гармоник) передатчик не излучает. При испытании двухтональным сигналом уровень побочных составляющих оказался ниже -50 дБ. а в обычных фильтровых SSB передатчиках он редко опускается ниже -30. -35дБ. Передатчик проверяли на частоте 99.5 МГц при излучаемой мощности 13. 20 Вт.
Представляется, что новый способ формирования SSB заинтересует радиолюбителей высокими качественными параметрами. Просматривается и возможность «трансиверизации» описанного передатчика. Например, элементы U7 и G2 (см. рис.1) могут служить преобразователем частоты приемной части трансивера. К выходу преобразователя U7 при приеме подключается обычный тракт усиления ПЧ н SSB детектор, а опорный сигнал для последнего можно взять из блока формирования вспомогательного SSB сигнала U1. Можно осуществить и двойное преобразование принимаемой частоты f1 а частоту f3, используя первый кварцевый и второй перестраиваемый гетеродины, как часто делают в радиолюбительских приемниках и трансиверах. Вся система формирования SSB сигнала будет работать в этом случае на второй ПЧ приемника.
В. ПОЛЯКОВ (RA3AAE) г. Москва
1. Бунимович С,. Яйленко Л. Техника любительской однополосной радиосвязи. М.: ДОСААФ СССР. 1970,
2. Верзунов М. В. Однополосная модуляция в радиосвязи.— М.: Воениздат, 1972.
3. Hawker P. Polar loop SSB transmitter». Radio Communication; 1979. Sept.. p. 828 — 829.
Источник
Классификация измерительных преобразователей
По способу формирования выходного сигнала
1) Генераторные (энергетические) ИП характеризуются тем, что их выходные сигналы обладают энергетическими свойствами (ЭДС, электрический ток, давление и т.д.).
2) Параметрические ИП возбуждаются от постороннего источника энергии. В них воздействие входной величины приводит к изменению определенных внутренних параметров — сопротивления, емкости, индуктивности и др.
В зависимости от вида выходного измерительного преобразователя различают ИП с электрическими и неэлектрическими выходными сигналами. Особое значение имеют ИП с электрическим выходом, так как позволяют организовать дальнейшую обработку измерительной информации средствами электронной техники.
В зависимости от формы представления выходного электрического сигнала измерительные преобразователи делят на ИП с непрерывным, дискретным и кодовым (цифровым) выходным сигналами. При дискретной форме выходные сигналы представляют в виде импульсной последовательности с различными законами модуляции..
4. По методу преобразованияИП делят на:
— устройства прямого преобразования
5. По виду функции преобразования ИП бывают:
— масштабные, предназначенные для изменения величины в заданное число раз,
— функциональные, у которых выходная величина (сигнал) связана с входным сигналом.
Существуют многие разновидности функциональных ИП:
— многопараметрические, у которых выходная величина связана с двумя и более входными величинами (например, суммирующие преобразователи);
— дифференцирующие ИП, связь между входными и выходными величинами у которых определяется соответствующей функцией, и т.д.
Особую группу функциональных МП образуют статистические преобразователи, у которых связь между входом и выходом носит вероятностный хар-р.
6. По месту в структурной схеме средства измерения:
— выходные (последние в измерительной цепи)
7. По виду преобразования:
Аналоговый ИП – ИП, в котором входная аналоговая величина преобразуется в выходную аналоговую величину.
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) – ИП, в котором входная аналоговая величина преобразуется в выходной цифровой код, в соответствии с которым на табло устанавливается показание измеряемой ФВ.
Цифро-аналоговый преобраз-ль (ЦАП) – ИП, в котором входной цифровой код преобразуется в квантованную по ур-ню выходную аналоговую вел-ну.
Измерение крутящих моментов
Знание крутящего момента необходимо при проектировании и эксплуатации прокатных станов. Величина крутящего момента при прокатке определяет степень нагрузки электродвигателя, а также контактные и внутренние напряжения в таких деталях и узлах, как соединительные шпиндели, муфты, редукторы и т.д.
Методы определения крутящего момента могут быть косвенные и прямые. К косвенным методам относятся методы измерения момента по измерению мощности и скорости вращения электродвигателя и по измерению давления металла на валки.
ИЗМЕРЕНИЕ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА КОСВЕННЫМ МЕТОДОМ
Можно идти от очага деформации и от двигателя. По найденному значению мощности и скорости вращения электродвигателя крутящий момент на его валу может быть определен по следующей формуле:
Известно, что Мдв является суммой следующих моментов:
Если давление металла на валки определяют экспериментально, то момент прокатки можно определить по следующей формуле:
Недостаток этого метода состоит в неопределенности величины 
, которая для разных случаев прокатки может колебаться в пределах 0,35-0,55 .
НЕПОСРЕДСТВЕННОЕ ИЗМЕРЕНИЕ КРУТЯЩИХ МОМЕНТОВ
Прямое измерение крутящих моментов производят с помощью специальных устройств называемых крутильными динамометрами. Для определения момента прокатки их следует разместить непосредственно на бочке валка. Однако это выполнить практически нельзя из-за соприкосновения валков с прокатываемым металлом. В связи с этим крутильные динамометры размещают на шпинделях, а момент прокатки подсчитывают по следующей формуле:
Крутильные динамометры известны трех видов. К первому виду относятся крутильные динамометры, основанные на измерении упругой деформации вала, возникающей под действием приложенного момента. Связь между углом скручивания 
и приложенным моментом определяют по уравнению
Ко второму виду относятся крутильные динамометры, основанные на измерении величины тангенциального усилия возникающего при приложении крутящего момента (рис. 64). Умножая полученное значение усилия P на постоянную C=f(R, L), подсчитывают величину крутящих моментов. К третьему виду относятся крутильные динамометры, основанные на эффекте изменения магнитных свойств (магнитная проницаемость) вала или другого передающего крутящий момент звена под действием механических напряжений. 
В последнее время все большее распространение получают крутильные динамометры третьего вида, называемые тордукторами. Основное преимущество тордукторов состоит в отсутствии токосъемных устройств и надежном съеме информации с вращающегося вала. Простейшая схема тордуктора, называемого крестовым, показана на рис. 69.
Если материал вала однороден и напряжения в нем равны нулю, то R1=R2=R3=R4 и ток во вторичной обмотке отсутствует.
Под действием растягивающих напряжений магнитная проницаемость увеличивается (магнитное сопротивление уменьшается), а под действием напряжений сжатия уменьшается.
Баланс моста нарушается и во вторичной обмотке появляется ток, пропорциональный напряжениям в вале.
Общий недостаток всех тордукторов — зависимость выходного сигнала от скорости вращения вала. Однако несомненные преимущества, такие как больший сигнал на выходе, отсутствие токосъемных устройств и изнашивающих частей и др., позволяют успешно применить тордукторы не только для измерения крутящих моментов, но и в схемах автоматического регулирования.
Реперные точки
Термометрическое свойство — изменение агрегатного состояния тел.
Реперные точки используются для поверки других средств измерений.
Радиационные пирометры
Пирометры излучения относятся к приборам бесконтактного метода измерения температур.
Для измерения радиационных температур на практике используют тепловое действие лучей нагретого тела, температура которого подлежит измерению.
Радиационный пирометр состоит из трех основных частей: устройства для концентрации потока энергии, исходящего из источника, на теплочувствительный орган пирометра; теплочувствительного органа; показывающих или самопишущих приборов. Первые две части объединены конструктивно вместе и составляют часть пирометра, обычно называемую телескопом. Лучи, исходящие из источника на теплочувствительный орган пирометра, обычно концентрируются с помощью вогнутого зеркала или лучепреломляющей оптической линзы. Пирометры с зеркалом называют радиационными пирометрами рефлекторного типа, а пирометры с лучепреломляющими оптическими линзами—рефракторными. В качестве теплочувствительного органа прибора применяют миниатюрную термобатарею из нескольких соединенных термопар, горячие спаи которых обычно монтируют на зачерненной пластинке из фольги. Термобатарею помещают в защитную стеклянную колбу, наполненную воздухом или аргоном.
В качестве показывающих и самопишущих приборов для радиационных пирометров используют пирометрические милливольтметры и потенциометры.
Наибольшее распространение получили радиационные пирометры типа РАПИР.
|
Схема телескопа ТЕРА-50 пирометра РАПИР: 1 – объектив; 2 – диафрагма; 3 – блок с термобатареей (10 миниатюрных термопар); 4 – окуляр; 5 – защитное стекло.
Линза объектива концентрирует поток лучистой энергии, падающей от поверхности нагретого тела на термобатарею, которая состоит из десяти последовательно соединенных между собой миниатюрных термопар. Блок с термобатареей находится в непосредственном тепловом контакте с корпусом телескопа. Компенсационное сопротивление находится в месте расположения свободных концов термобатареи и предназначено для компенсации погрешности, возникающей в показаниях телескопа при изменении температуры корпуса телескопа. Диафрагма, помещенная на резьбовой части фланца блока термобатареи, предназначена для регулирования напряжения на зажимах термобатареи при градуировке его на заводе-изготовителе. Линза окуляра помещена в крышке телескопа и предназначена для обеспечения правильной наводки на объект. Корпус телескопа закреплен крышкой, в которую вмонтировано защитное цветное стекло, предохраняющее глаз от излучения нагретого тела при проверке установки телескопа.
Телескоп ТЕРА-50 может работать в комплекте с одним или двумя вторичными приборами, в качестве которых используются показывающие и самопишущие милливольтметры, а также электронные автоматические потенциометры.
Диапазон измерений может быть разным от 400-1000 С до 2200-3000 С.
Погрешность составляет от 1-1,5 %. Чем выше диапазон измерения, тем выше погрешность.
Классификация измерительных преобразователей
1. По физическим закономерностям, положенным в основу принципа действия:
— механические упругие преобразователи
Их функционирование основано на зависимости между механическими силами и выходными перемещениями, обусловленными упругими свойствами материала преобразователей (мембран, упругих стержней и тд.). Преобразователи этой группы широко распространены в измерениях механических сил, крутящих моментов, давлений газов и жидкостей и т.д.
— электрические и механоэлектрические резистивные преобразователи
В основе их функционирования лежит соотношение между электрическим током и напряжением (закон Ома). Примерами служат: резисторы, потенциометры, тензорезисторы.
У таких ИП переносчиком информации является электрический заряд. К этой группе относятся емкостные ИП. Основное назначение этих преобразователей – измерение механических перемещений и скоростей, толщины материалов, уровня жидкости и т.д. К этой же группе относятся пьезоэлектрические преобразователи, которые применяют для измерения механических сил, давлений и ускорений, для построения обратных преобразователей перемещений;
— преобразователи электромеханической группы
Принцип действия основан на возникновении механических перемещений их подвижных элементов под влиянием электрического тока. Например: измерительные стрелочные индикаторы и обратные преобразователи перемещения.
Функционирование данных ИП основано на применении гальваномагнитных эффектов, заключающихся в изменении электрического сопротивления (эффект Гаусса) или появления ЭДС (эффект Холла) под воздействием входного магнитного поля. Использующие эти эффекты магниторезистивные преобразователи и преобразователи Холла в основном распространены в измерениях параметров электрических и магнитных величин.
Это большая группа ИП, основанных на использовании электромагнитных явлений. В эту группу входят трансформаторные (индуктивные и взаимоиндуктивные), магнитоупругие (магниторезисторные) и индукционные ИП.
Функционирование основано на физических закономерностях, определяемых тепловыми процессами. К таким ИП относятся терморезисторы, термопары, термоэлектрические преобразователи, выполненные на основе металлов или полупроводниковых материалов. Основное их назначение — измерение температуры и других физических величин, функционально связанных с тепловыми процессами.
Такие ИП представляют собой электролитическую ячейку, заполненную раствором с помещенными в нем несколькими электродами. Принцип действия их основан на зависимости электрических параметров ячейки от состава, концентрации, температуры и других свойств раствора.
В основе принципа действии оптических ИП лежит зависимость параметров потока оптического излучения от значения преобразуемой величины. Оптические ИП состоят из ист-ка излучения, оптического канала и приемника излучения. Данные ИП широко распространены для измерения пар-ров оптического излучения, а также в кач-ве передающих преобразователей, предназначенных для модуляции и передачи по оптическому каналу связи измерит-ой инф-ции;
Эти ИП используют явления поглощения энергии электромагнитного поля рабочим вещ-вом, находящимся под воздействием таких преобразуемых вел-н, как напряженность пост-го магнитного или электрического поля, давл-е, темп-ра. Использование этого явления позволяет установить связь между частотой резонанса и значениями преобразуемой величины.
2. По виду входной измеряемой величиныИПделят на две основные группы:
Источник
