§ 13.5. Частотные системы переменного тока

Принцип действия частотных систем телеизмерения основан на том, что измеряемая величина изменяет (модулирует) частоту переменного тока, передаваемого по линии связи. На приеме частота сигнала измеряется частотомерами или другими устройствами, проградуированными в единицах измеряемой величины. Частотномодулированные колебапия обладают высокой помехозащищенностью, и изменение параметров линии связи практически не создает погрешности, поэтому частотные системы могут осуществлять передачу на дальние расстояния. Измеряемая величина изменяет (модулирует) частоту переменного тока в определенных пределах. Например,

влияние на точность телеизмерения. Действительно, при отклонении частоты генератора на ± 1 % частота f изменяется на 11 Гц. По отношению к передаваемой величине такая погрешность составит ±11 % (11 от 100 Гц), что недопустимо. Дтя уменьшения этой погрешности необходимо либо повышать стабильность генератора, что всегда представляет трудности, либо увеличивать коэффициент X.

При f=l 100 Гц и fmm= 100 Гц X = 1Г Та же нестабильность генератора в 1 % (т. е. 11 Гц) по отношению к fmax—fmjn составит примерно 1 %. Однако такое расширение полосы частот далеко не всегда возможно. Целесообразнее осуществлять передачу в подтональном диапазоне, что значительно уменьшает абсолютное значение полосы пропускания и увеличивает коэффициент X Например, при fmax = 40 Гц и /„,„,=20 Гц AF = 20 Гц, /. 2_и нестабильность генератора в 1 % (0,4 Гц) составит всего 2 % от 20 Гц

Преобразователи измеряемой величины в частоту переменного тока. В емкостных преобразователях прибор, измеряющий передаваемую величипу, соединен с переменным конденсатором (рис. 13.21, а). При изменении показаний прибора поворачивается ротор конденсатора, включенного в схему генератора, и тем самым изменяется частота генератора переменного тока (осуществляется частотная модуляция). Однако для такого преобразования необходимо, чтобы измеряемая величина обладала большим вращающим моментом. Более простые решения получаются при использовании варикапов.

Управление частотой генератора может осуществляться током, пропорциональным измеряемой величине (рис. 13.21, б), который протекает через обмотку сщ дросселя насыщения. Ток управления (подмагничивапия) 1у, изменяя магнитпую проницаемость сердечника, изменяет индуктивность обмотки ц>2, а значит, и индуктивность колебательного контура LC-генератора. Вследствие того что модуляционная характеристика (зависимость частоты генератора от тока управления) не обладает достаточной стабильностью и имеет отклонение от линейности, этот преобразователь не является оптимальным. Поэтому кроме прямого управления частотой генератора применяют частотные преобразователи с отрицатель-

торы ДМ\ — ДМп где происходит выделение первичных сигналов и их регистрация на выходных приборах.

Существует несколько способов многокапальных телеизмерений с временным разделением сигналов. На рис. 13.22, б представлен один из них. Распределитель поочередно на определенный промежуток времени подключает каждый из первичных преобразователей ПП — ПП„ с помощью ключей К — К„ к линии связи. На приеме сигналы через ключи поступают на обратные преобразователи ОП и выходные приборы ВП. При такой схеме можно передавать не модулированные по высокой частоте импульсные телеизмерения. При использовании импульсных систем телеизмерения с вторичной модуляцией (AM, ЧМ) сигналы с ключей Ki — К„ подаются на модулятор. На приеме требуется наличие демодулятора.

Сравпепие систем мпогоканальпых телеизмерепий. Как ясно из изложенного, в основе многоканальных телеизмерений лежат одноканальные системы телеизмерений, добавляются либо общие узлы (распределители, ключи при временном разделении сигналов), либо дополнительные устройства (фильтры, генераторы, демодуляторы, модуляторы при частотном разделении сигналов). В многоканальных системах ТИ передача сообщений происходит непрерывно: при частотном разделении сигналов передачи во всех каналах происходят одновременно, а при временном за один цикл передаются все телеизмерения. Такая одновременность передачи может вызвать взаимное влияние канала на канал, т. е. переходные искажения. Однако, как было показано в гл. 11, правильный выбор полосы пропускания частот дает возможность при временном разделении сигналов передавать практически любое число ТИ.

При частотном разделении борьба с искажениями по соседнему каналу (переходными искажениями) заключается в улучшении характеристик фильтров и разносе поднесущих частот. Однако последнее приводит к уменьшению числа передаваемых сообщений в выделенной полосе частот. Значительно труднее бороться при частотном разделении сигналов с перекрестными искажениями. Согласно уравнению (4.11), в процессе детектирования при прохождении сигналов через нелинейный элемент (им может быть обычный усилитель с нелинейной характеристикой) образуются дополнительные гармоники. Частоты этих гармоник могут совпадать с частотами полезных сигналов, и с помощью фильтров от них невозможно избавиться.

Поскольку при передаче сигналы проходят через нелинейные элементы не только при детектировании и одновременно передается много частот, возникает большое количество дополнительных гармоник. Некоторые из вновь образованных частот могут совпасть с резонансными частотами приемных фильтров какого-либо канала и вызвать искажения в передаче. Такие меры борьбы с перекрестными помехами, как обеспечение линейности всех элементов системы, увеличение защитных интервалов между частотами, нередко технически трудно осуществимы. Одной из мер борьбы является также уменьшение числа передаваемых телеизмерений, что снижает возможность использования частотного способа разделения сигналов для многоканальных телеизмерений. Поэтому многоканальные телеизмерения выполняются главным образом с временным разделением сигналов, особенно при передаче по проводным линиям связи, где исполь­