Диференціальний вхідний пристрій для трасопошукового приладу

Винахід стосується контрольно-вимірювальної техніки і застосовується в приладах для визначення місця пошкодження ізоляційного покриття підземних металевих комунікацій (кабелів, тр убопроводів та інших аналогічних споруд) під час їх будівництва та експлуатації. Відомий пристрій для контролю опору стиків рейок на залізниці (ежемесячный массовый производственно-технический журнал “Автоматика, телемеханика и связь” 2/90, стр. 32, Москва, “Транспорт”). Вхідний пристрій приладу контролю опору стиків із вагону-лабораторії складається із індуктивного датчика, який має дві обмотки індуктивності, початки яких з'єднані між собою, а кінцеві виводи приєднані через конденсатори до неінвертуючих входів антенного підсилювача. Недоліком цього пристрою є ослаблення рівня корисного сигналу на вхідному опорі підсилювача, а також наявність двох каналів підсилення, які повинні бути ідентичними. Відомий також аналог, який найбільш близький за сукупністю ознак з пропонуємим винаходом магнітоприймач для знаходження місця замикання на оболонку електричного кабелю (авторское свидетельство СССР № 1644053, G01R33/00. Официальный бюллетень Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытый “Открытия, изобретения” № 15, 1991 г., стр. 169). Магнітоприймач має співвісні зовнішню і внутрішню котушки індуктивності з рівними магнітними моментами. Початки котушок індуктивностей з'єднані між собою та із загальною шиною, кінець першої котушки індуктивності приєднаний через потенціометр до неінвертуючого входу, а кінець другої - до інвертуючого входу ди ференціального підсилювача. Недоліком вхідного пристрою магнітоприймача є те, що сигнали завад у процесі пошуку пошкодження компенсуються оператором за допомогою потенціометра безпосередньо на трасі кабелю. В основу винаходу поставлено задачу створення пристрою за допомогою якого сигнали завад будуть компенсуватися без участі оператора і на виході пристрою буде отримано підвищення відношення сигнал/завада. Це дозволить скоротити час пошуку місця пошкодження кабелю у зоні дії потужних завад електромагнітного випромінювання промислового походження і спростити процедуру пошуку пошкодження в польових умовах. Зазначену те хнічну задачу з досягненням зазначеного результату вирішено завдяки тому, що в запропонованому диференціальному вхідному пристрої для трасопошукового приладу, до складу якого входять дві котушки індуктивності та підсилювач, котушки індуктивності виконані ідентичними, вісі їх взаємопаралельні і знаходяться на деякій відстані одна від одної. Перші виводи котушок індуктивності з'єднані між собою та із загальною шиною, а другі виводи котушок індуктивності (див. фіг.) з'єднані між собою і через конденсатор приєднані до інвертуючого входу підсилювача. Вихід підсилювача з'єднаний через перший резистор з його інвертуючим входом, а неінвертуючий вхід через другий резистор з'єднаний із загальною шиною. Суть винаходу і суттєві відмінності запропонованого пристрою від прототипу полягають у введені нових елементів - резисторів та конденсатора, конструктивного виконання котушок індуктивності і електричних зв'язків нових елементів між собою та з відомими елементами, тобто заявлений пристрій відповідає критерію винаходу - "новизна". У пропонуємому пристрої котушки індуктивності з'єднані зустрічне - паралельно і утворюють разом з конденсатором С два послідовних контури L1C і L2C. Електромагнітні хвилі наводять в котушках індуктивності електричні сигнали, які компенсуються повністю, або частково (в залежності від рівнів сигналів наведених в кожній котушці). Різниця сигналів надходить на інвертуючий вхід підсилювача і підсилюється. Відомо, що в інвертуючому підсилювачі напруга між його входами практично дорівнює нулю. Тому, підключення послідовних контурів L1C і L2C безпосередньо до інвертуючого входу підсилювача дозволяє отримати в контурах режим резонансу і настроїти їх на частоту корисного сигналу. При резонансі повний опір послідовного контуру зменшується до величини активного опору котушки індуктивності, а амплітуда сили струму внаслідок цього стає максимальною, тобто струм корисного сигналу в послідовних контурах LC підвищується. Сигнали завад наведених в котушках LC контурів направлені назустріч один одному і будуть компенсуватися повністю або частково. Це залежить від рівнів сигналів завад наведених в кожній котушці індуктивності. Для нескомпенсованої частини сигналу завад опір послідовних контурів LC буде високим (він має комплексний характер), що обумовлено частотою промислових завад, яка знаходиться поза смугою пропускання резонансного контуру LC. Внаслідок цього, нескомпенсована частина сигналу завад при відповідальному значенні резистора зворотного зв'язку, не буде підсилюватись. Таким чином, рівень корисного сигналу, наведеного в котушках індуктивності підвищується завдяки резонансу в контурах LC, і підсилюється підсилювачем, а рівень сигналу завад, частота яких знаходиться поза смугою пропускання резонансного контур у LC не підвищується в силу наведеного вище, і на виході підсилювача (тобто пристрою) буде мати місце підвищення відношення рівнів корисного сигналу до сигналу завад. Вище наведене забезпечує вирішення поставленої технічної задачі з досягненням зазначеного технічного результату. Порівняння диференціального вхідного пристрою для трасопошукового приладу з відомими технічними рішеннями тої о ж призначення показує, що введені елементи окремо і в різних поєднаннях відомі. Проте, їх введення у вказаному взаємозв'язку між собою та з відомими елементами, надають останньому додаткові нові властивості, а саме — за рахунок підвищення відношення корисний сигнал/завада, спростити і скоротити час пошуку місця пошкодження кабелю в зоні дії потужних завад промислового походження (вздовж контактних мереж електротранспорту, в місцях проходження високовольтних ЛЕП та інше). Наведене вище дозволяє зробити висновок про відповідність запропонованого технічного рішення критерію "винахідницький рівень". На фігурі, що додається до опису надається схема електрична функціональна диференціального вхідного пристрою для трасопошукового приладу. Можливість здійснення диференціального вхідного пристрою для трасопошукового приладу і одержання зазначеного результату випливає з його опису в статичному і динамічному стані, у наявності відповідного електрорадіоелементного та технологічного забезпечення. Схема пристрою складається з двох послідовних контурів LC (котушок індуктивності L1, L2 та конденсатора С), підсилювача і резисторів R1, R2. Схема, в якій контури LC з'єднані з інвертуючим входом підсилювача, є перетворювачем струму в напругу. Відомо, що інвертуючий вхід підсилювача має потенціальний пулі,, тому за Законом Кіргофа струм в ланцюзі зворотного зв'язку дорівнює різниці двох вхідних стр умів. i1 - i2 = i0, де i1, i2 - стр ум, який протікає відповідно в послідовних контурах L1C тa L2C; і0 - струм, який протікає в ланцюзі зворотного зв'язку (i0=Uвих./R1); R1 - опір резистора зворотного зв'язку. Напруга на виході підсилювача буде дорівнювати Uв их. = (i1 - i2 ) × R1 Принцип дії диференціального вхідного пристрою полягає в тому, що електрорушійна сила, яка наводиться в котушках індуктивності L1, L2 електромагнітними полями, збудженими навколо металевої комунікації, є сумарним сигналом (корисний сигнал і сигнал завад). Сумарний сигнал буде повністю або частково компенсуватися в котушках індуктивності L1, L2 завдяки зустрічно-паралельному їх включенню. Якщо наведені в котушках індуктивності сигнали будуть різними за рівнем, і (або) за фазами, то некомпенсована частина сигналу (різниця сигналів) надходить на вхід підсилювача і підсилюється. При цьому, на інвертуючому вході підсилювача міняється співвідношення корисного сигналу і сигналу завад на користь корисного сигналу. Це випливає з того, що послідовні контури LC настроєні в резонанс на частоту корисного сигналу ,а сигнали завад знаходиться поза смугою пропускання резонансного контуру. Завдяки цьому, на ви ході диференціального вхідного пристрою відношення рівнів корисного сигналу до сигналу завад підвищується. Диференціальний вхідний пристрій для трасопошукового приладу за технологією розробки і здійснення, наявності відповідного обладнання, устаткування, комплектуючи х і матеріалів має всі можливості щодо його виготовлення і використання. Між Українським науково-дослідним інститутом зв'язку (УНДІЗ) та приватним підприємством "МАСТАК" (місто Золочів Львівської області) досягнуті попередні домовленості про виготовлення зразка трасопошукового приладу з використанням пропонуємого вхідного пристрою з метою його випробування у реальних умовах.