Лабораторна робота №4
Дослідження частотномодуляційної телевимірювальної системи
1 Мета та завдання роботи
Дослідити принцип дії елементів телевимірювальної системи на прикладі приладу ТЕГ-36
На практиці спостерігати за процесами перетворення у кожному елементі частотно модуляційної системи. Дослідити види залежностей вхідних і вихідних параметрів окремих перетворювачів: термодатчики, модулятор, лінія зв’язку, демодулятор.
Завданням роботи є необхідність проаналізувати роботу системи частотної модуляції і демодуляції. Вивчити вплив нестабільності джерел живлення і параметрів лінії зв’язку на роботу телеметричної системи.
2 Основні теоретичні положення
Вимірювальні схеми геофізичної апаратури являють собою системи телевимірювань, доповнені в деяких випадках елементами телекерування та контрольними пристроями. Передача інформації з вимірюваних параметрів в таких системах проводиться у вигляді зміни однієї з характеристик електричного струму, амплітуди, частоти, фази та ін. Закон зміни певної характеристики електричного сигналу визначається зміною вимірюваного параметру.
В залежності від характеристики електричного сигналу, що використовуються, розрізняють наступні види телевимірювальних систем :
- Системи інтенсивності струму і напруги, в яких зміни вимірюваної величини призводять до відповідної зміни амплітуди, напруги або струму в лінії зв'язку. Одна з модифікацій цих систем називається системою амплітудної модуляції.
- Частотні системи, в яких при зміні вимірюваної величини змінюється частота змінного струму (частотні системи змінного струму) або імпульсів струму (частотно імпульсні системи) і передається у лінію зв'язку.
- Селекційні системи в яких інформаційний сигнал передається у вигляді імпульсів напруги прямокутної форми. Селекція проводиться за ознакою полярності (додатній і від’ємний імпульс) і амплітуди. Амплітуда має два рівні. Одно канальна лінія зв’язку може передавати не більше чотирьох інформаційних каналів.
- Система кодово-імпульсна в цій системі носієм інформації є різнополярний імпульс прямокутної форми на основі якого створюється двійковий цифровий код. Існуючі системи дозволяють передавати до 256 інформаційних каналів по одній лінії зв’язку.
Найбільшого поширення на першому етапі розвитку геофізичних досліджень нафтових і газових свердловин набули системи інтенсивності. Однак вони в ряді випадків не забезпечують точності вимірів, що пояснюється низькою стійкістю до перешкод і впливу коефіцієнта передачі лінії зв'язку (каротажного кабелю) на величину інформаційного сигналу. Останнім часом при геофізичних дослідженнях все ширше починають застосовуватися частотні і цифрові системи, які характеризуються більшою точністю передачі сигналу. Такі системи в сполуці з різними способами розділення вимірювальних каналів дозволяють комплексування вимірювань - одночасне вимірювання кількох геофізичних параметрів за одну спуско-підйомну операцію.
На рис.1 показаний один з варіантів частотної телевимірювальної системи, в якій зміна опору резисторів R перетворюються в зміну частоти змінної напруги, що подаються у лінію зв'язку з свердловинного приладу СП на поверхню.
C
ЛЗ
R
ДЛ
ПП
Д
СП
ПП – підсилювач потужності
ЧМ – частотний модулятор
Ф - фільтр
ДЦ – диференціюючи ланка
П
О
– підсилювач обмежувач
МО –мультивібратор очікування
ГПН – генератор пилкоподібної напруги
Ra 1 Ra 2 ЛВ – ламповий вольтметр
Р – реєструючий пристрій
ЛЗ – лінія зв’язку
Рис.1
Зокрема, така система в теперішній час реалізована в вимірювальній схемі електронного термометра ТЕГ-З6, ТЕГ-60.
В якості частотного модулятора тут використовується RС - генератор гармонічних коливань з послідовно-паралельною RС - ланкою. Рис.2. Частота генератора визначається виразом:
(4.1)
R1
C1
Генератор
C2 Вихід
R2
Рис. 2 – Частотний модулятор
Як видно, частота коливань і опори резисторів R1 і R2 пов'язані між собою не лінійною залежністю.
З виразу (1) випливає, що для забезпечення стабільності характеристик f=φ(Ra) необхідно забезпечити стабільність ємності конденсаторів С1 і С2, яка може змінюватися під впливом різних факторів (наприклад, температури).
Вимірювальна схема наземної частини апаратури являє собою періодомір, що перетворює довжину періоду змінної напруги в постійну за знаком різниці потенціалів, яка пропорційна величині Т, а отже і опору резисторів Rа.