книги из ГПНТБ / Барсуков Ф.И. Элементы и устройства радиотелеметрических систем

В ы х о д

Рис. 6-22. Функциональная схема преобразователя двоичного кода в ШИМ.

ный переходным процессам в триггерах регистра при записи числа (время задержки), устанавливает триггер Тг в положение «1». Элемент И открывается, и импуль­ сы от генератора счетных импульсов поступают на счет­ чик. Счетчик начинает работать на вычитание, т. е. про­ изводится вычитание единичных приращений из числа, записанного в счетчике. Этот процесс продолжается до тех пор, пока все триггеры счетчика не будут переведены в состояние «О». В этот момент элемент И' выдает им­ пульс, возвращающий триггер Тг в нулевое состояние. Логический элемент И закрывается и поступление счет-

Рис. 6-23. .Функциональная схема преобразователя двоичного кода в угол поворота вала,

200

иых импульсов прекращается. На единичном выходе триггера Тг формируется импульс ШИМ, длительность которого зависит от преобразуемого двоичного числа. Иными славами, КИМ преобразуется в ШИМ.

На основе .рассмотренного метода выполняются пре­ образователи цифровых кодов в перемещение (угол по­ ворота), широко применяемых на практике.

В качестве примера рассмотрим устройство преобра­ зования двоичного кода в угол поворота вала (рис. 6-23).

Преобразуемое число записывается в вычитающий двоичный счетчик. При этом единичный потенциал хотя бы одного триггера счетчика через элемент ИЛИ обес­ печивает открытое состояние элемента И.

Каждый импульс от генератора счетных импульсов (ГСИ), проходя через логический элемент И, поворачи­ вает выходной вал шагового мотора на определенный угол. Кроме того, импульс от генератора с выхода эле­ мента И подается на счетный вход триггера младшего разряда счетчика и уменьшает записанное в нем число’ на единицу.

Импульсы от ГСИ 'будут поступать на шаговый мотор до тех пор, пока число .в счетчике не станет равным нулю. При этом с единичных выходов счетчика не будет подаваться отпирающее напряжение на элемент И и он закроется. Импульсы от ГСИ к шаговому мотору не пройдут. Такой преобразователь вследствие его значи­ тельной инерционности применяется для односторонней отработки угла с небольшой скоростью. При необходимо­ сти (большего быстродействия и знакопеременной отра­ ботки угла применяются более сложные преобразователи с использованием следящих систем.

На рис. 6-24 приведен другой вариант схемы преоб­ разователя с суммированием единичных аналоговых при­ ращений. В данной схеме перед началом цикла преоб­ разования преобразуемое число, проходя через инверто­ ры (элементы НЕі—HEjy), устанавливается в суммиру­ ющий счетчик в обратном коде. В момент начала цикла Преобразования управляющий импульс запускает генера­ тор пилообразного напряжения (ГПН) и устанавливает триггер Тг ъ положение «1». Логический элемент ИАот­ крывается, и счетные импульсы от ГСИ поступают на вход счетчика. Счетчик считает до переполнения. В мо­ мент переполнения счетчика на его выходе формируется импульс, который устанавливает триггер Тг в положение

201

«О» и открывает элемент И2. Триггер Т г закрывает эле­ мент Иі и ГСИ от счетчика отключается. Через откры­ тый элемент И2 пилообразное напряжение ГПН посту­ пает на запоминающее устройство ЗУ и прекращает ра­ боту ГПН. Запоминающее устройство фиксирует величи­ ну пилообразного напряжения в момент переполнения счетчика. Амплитуда этого напряжения соответствует ис­ ходному преобразуемому числу.

Преобразователи с суммированием единичных при­ ращений аналоговых величин обеспечивают высокую

и м п у л ь с

Рис. 6-24. Структурная схема преобразователя двоичного кода в АИМ.

точность преобразования, примерно на один — два по­ рядка выше, чем преобразователи суммирования с уче­ том веса. Однако по быстродействию значительно усту­ пают последним.

Преобразователи, использующие пространственную селекцию. Преобразователи код-аналог с пространствен­ ной селекцией находят широкое применение в графиче­ ских регистрирующих устройствах приемной части циф-. ровых РТС и в специализированных цифровых вычисли­ тельных машинах автоматизированной обработки теле­ метрической информации.

Принцип действия преобразователя с пространствен­ ной Селекцией состоит ;в том, что для каждого из воз­ можных значений преобразуемого кода имеется заранее подготовленный эталонный сигнал. Селективная схема

202

из всего объема эталонных сигналов выбирает тот, кото­ рый в данный момент соответствует преобразуемому коду, поданному на вход преобразователя.

Пространственная селекция осуществляется декодиро­ ванием параллельного цифрового кода е помощью диод­ ных или других матриц.

Для графической регистрации цифровой информации в виде непрерывных кривых изменения параметра во вре­ мени используются специальные бумажные ленты (см. гл. 7). Значение параметра, в цифровом коде в каждой точке опроса преобразуется в аналоговую величину (в уровень квантования). Для регистрации используют­ ся неподвижные электроды, расположенные так, как показано на рис. 6-25. Каждый электрод соответствует

Направление движения Специальней"бумаги.

Рис. 6-25. Схема преобразователя код-аналог с использо­ ванием пространственной селекции.

определенному уровню квантования: нижний электрод— нулевому, верхний — максимальному значению. Число электродов равно числу уровней квантования. Если пре­ образуемый двоичный код состоит из восьми разрядов, то количество электродов равно 256.

На вход декодирующей схемы подается преобразуе­ мое число в параллельном коде. В зависимости от его значения в данный момент возбуждается один из элек­ тродов и на поверхности специальной бумаги образует­ ся точка или черточка. В результате ряда преобразова­ ний и движения бумаги на ней образуются дискретные значения измеряемого параметра, которые можно аппро­ ксимировать (зрительно или в ручную) как непрерывную кривую.

Разрешающая способность и точность преобразования зависят от количества электродов, их диаметра, раестоя-

203

•ния между электродами и ширины бумаги. Декодирую­ щая схема не влияет на точность преобразования, так как не содержит аналоговых элементов.

Обычно декодирующие схемы состоят из параллель­ ного регистра, выполненного на триггерах, и матрицы (диодной или магнитной). Правила построения таких ма­ триц были рассмотрены в гл. 5 на примерах одноступен­ чатой (рис. 5-10) и двухступенчатой (рис. 5-11) матриц.

В рассматриваемой декодирующей схеме, для сокра­ щения числа диодов используются многоступенчатые ма­ трицы. В качестве примера на рис. 6-26 приведена деко­ дирующая схема многоступенчатого типа на 256 выходов.

Рис. 6-26. Структурная декодирующая схема на 256 выходов.

Число внутри квадрата указывает на количество входных_шин матрицы, а на выходе —количество выходных шин.

Регистр состоит из восьми триггеров по числу разря­ дов двоичных чисел. Триггеры разделены на четыре груп­ пы по четыре в группе. В свою очередь каждая группа разделена на две части. Выходы триггеров каждой под­ группы являются входными шинами диодных матриц первой ступени. Выходные шины матриц первой ступени являются входными для двух матриц на 16 выходов вто­ рой ступени. Матрица на 256 выходов (третья ступень) образуется в результате объединения выходных шин двух матриц на 16 выходов каждая.

204

Число ступеней в декодирующей схеме не влияет на быстродействие преобразователя. Скорость преобразова­ ния -определяется временем, необходимым для стирания ранее записанного в регистр числа и записи нового.

Г Л А В А С Е Д Ь М А Я

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕГИСТРИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВАХ РТС

Принятые на приемной стороне РТС телеметри­ ческие сигналы регистрируются (изображаются) в виде графиков непрерывных функций времени, цифровых таб­ лиц, записи на магнитную ленту или отображаются на различных типах табло.

Графическая регистрация сигналов на некотором но­ сителе (бумаге, іфотопленке и т. п.) отличается нагляд­ ностью изменений телеметрируемых параметров во вре­ мени, возможностью совмещения записей нескольких па­ раметров на одном графике для совместной обработки и исследования, возможностью нанесения на график вре­ менных и других меток, облегчающих анализ (дешифри­ рование) записей.

При магнитной записи телеметрическая информация регистрируется в аналоговой или цифровой форме (в ви­ де двоичных, четверичных или десятичных кодов). Циф­ ровой вид записи широко используется при автоматиче­ ской обработке результатов измерений с помощью элек­ тронных вычислительных машин (ЭВМ).

Запись телеметрических сигналов обычно ведется устройствами регистрации приемной аппаратуры РТС. Однако при космических последованиях возможны слу­ чаи, когда на некоторое вре'мя из-за отсутствия геомет­ рической видимости ойязь с космическим объектом пре­ кращается. Для того чтобы' необходимая информация о состоянии объекта не пропала, ее записывают в этот промежуток времени регистрирующим устройством, уста­ новленным на борту объекта.

Обычно при этом используется, как наиболее опера­ тивное, магнитное устройство записи. Включение его про-

205

изводится программным устройством или по командам с пункта управления.

Когда связь с объектом восстанавливается, то запи­ санная информация воспроизводится в виде электриче­ ских сигналов, которые затем передаются по радиокана­ лу РТС на приемный пункт.

Регистрирующее устройство, устанавливаемое на кос­ мическом объекте, должно иметь малые габариты и мас­ су, быть экономичным в питании, обеспечивать запись требуемого объема информации и ее передачу в корот­ кий срок (ускоренно) при установлении связи между пунктом управления и объектом.

Когда результаты радиотелеметрических измерений должны быть использованы немедленно после поступле­ ния сигналов (для оперативного контроля за функциони­ рованием контролируемого объекта), на выходе РТС устанавливается устройство для выдачи так называемой экспресс-информации. Такая информация о текущих зна­ чениях телеметрнруемых параметров отражается на сиг­ нальных табло, цифровых и стрелочных приборах, в виде графиков и т. п. Сигналы, поступающие на устройства отображения и индикации экспресс-информации, форми­ руются из принятых телеметрических сигналов путем со­ ответствующего преобразования.

Методы регистрации радиотелеметричеокой информа­ ции классифицируются по следующим признакам:

по характеру получаемого изображения, регистрируе­ мого на носителе сигнала;

по характеру регистрируемого сигнала; по типу носителя;

по способу использования регистрирующих устройств. По характеру получаемого изображения записывае­ мого сигнала на носителе различают закрытые и откры­ тые методы регистрации. При закрытых методах реги­ страции видимое изображение записи сигнала может быть получено после специальной обработки носителя. Методы открытой регистрации позволяют получить сра­ зу видимое изображение записи. К первым относятся фотографический и электрофотографический методы записи, ко вторым — электротермический, электрохимиче­

. 206

1'ИстраЦий, различают следующие методы записи: маг­ нитный, фотографический, электрохимический, электро­ термический и др.

Регистрирующие устройства могут быть использованы так, что телеметрические сигналы различных каналов могут записываться без предварительного разделения или после разделения по отдельным цепям. В случае со­ вместной регистрации (метод совместной, групповой ре­ гистрации) используется одно регистрирующее устрой­ ство, на вход которого подается сигнал, несущий 'инфор­ мацию о нескольких измеряемых параметрах. Сигналы, относящиеся к разным параметрам, должны при этом поступать в разные моменты времени. При раздельной регистрации (раздельный метод регистрации) каждый сигнал записывается отдельным регистрирующим устрой­ ством на отдельном носителе или же носитель может быть общим для группы записываемых сигналов. При общем носителе каждому сигналу соответствует свой график изменения этого сигнала во времени.

Регистрирующее устройство должно иметь достаточнѳ высокую скорость, точность и разрешающую способность регистрации; обеспечивать возможность регистрации на носителе дополнительной информации, облегчающей чте­ ние и обработку записей, а также обеспечивать возмож­ ность получения экспресс-информации. Кроме того, реги­ стрирующее устройство должно отвечать конструктивным и- эксплуатационным требованиям (габариты, вес, эко­ номичность питания, работоспособность в заданных усло­ виях).

В настоящее время наиболее распространенными ме­ тодами записи (по типу носителя) являются магнитный, фотографический, электрохимический и электротермиче­ ский.

7-2. УСТРОЙСТВА МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ

Наиболее распространенной записью в настоящее время является магнитная запись электрических сигна­ лов.

Преимуществами магнитного метода регистрации сиг­ налов являются: высокая скорость и относительно высо­ кая точность регистрации, непосредственная регистрация электрических сигналов, относительная простота, ком-

. пактность элементов устройства записи, универсальность

207

устройства в смысле регистрации различного вида сиг­ налов, возможность многократного использования одного и того же носителя.

При магнитной записи электрических сигналов носи­ телем является ферромагнитный материал (магнитная лента, барабан, диск, набор дисков, магнитные пластины и другие виды магнитных носителей), а регистрирующим органом — электромагнитная записывающая головка.

На рис. 7-1 приведена наиболее распространенная, схема устройства магнитной записи электрических сиг­ налов.

Магнитная лента (носитель) проходит через локали­ зованное в пространстве магнитное поле записывающей

Напряженность магнитного поля в зазоре магнитной го­ ловки, перед которым перемещается магнитная лента, пропорциональна величине сигнала. Остаточное намагни­ чивание ленты сохраняется после ее выхода из зоны дей­ ствия головки. Распределение величин остаточного на­ магничивания оказывается пропорциональным значениям записываемого сигнала, которые он принимал во время регистрации.

к процессу записи. Каждый из намагниченных участков носителя, войдя в соприкосновение с сердечником воспро-

208'

изводящей голошн, возбуждает в. нем магнитный поток. Изменение потока через сердечник головки вызывает по­ явление э. д. с. в обмотке, охватывающей сердечник. •

Ненужная магнитная запись может быть стерта го­ ловкой стирания, которая питается от специального ге­ нератора сигналами синусоидального напряжения часто­ ты, значительно более высокой, чем частота записывае­ мого сигнала.

" Записывающая, воспроизводящая и стирающая элек­ тромагнитные головки по конструкции сходны между собой и отличаются только своими параметрами. На рис. 7-2,а ' приведена схема конструкции магнитной го­

цЛента. Разделители.

Рис. 7-2. Устройство магнитных головок.

а— однодорожечиой; б —многодорожечной.

ловки. Магнитопровод 1 набирается из тонких листов ферромагнитного материала (железо-никелевого сплава) с высокой магнитной проницаемостью. В магнитоііроводе имеется два зазора — рабочий 2 и вспомогательный 3. Наконечники магнитопровода 4, образующие рабочий за­ зор, тщательно шлифуются для того, чтобы перемещае­ мая по ним магнитная лента меньше изнашивалась. Ш магнитопроводе размещается обмотка 5 из двух секций, по которой пропускается записываемый сигнал. Вспомо­ гательная щель 3 делается для уменьшения остаточного намагничивания магнитопровода и стабилизации его свойств.

Для записи на одну магнитную ленту неокольких сиг­ налов применяется блок головок, обеспечивающий мно­ годорожечную запись этих сигналов (рис. 7-2,6). Если при записи направление основного магнитного потока в рабочем зазоре записывающей головки совпадает с на-