1 Įvadas
Pramoninėje automatizacijoje laidinio ryšio būdai duomenų perdavimui tarp mobiliųjų transporto priemonių ir centrinių valdymo patalpų yra nepatogūs, nes reikia vilkti ryšio kabelius; Kita vertus, belaidžio ryšio metodai kenčia nuo didelio klaidų lygio dėl atšiaurių pramoninės aplinkos sąlygų. Indukciniu-pagrįstu belaidžiu duomenų ryšiu (duomenų perdavimas indukciniu radijo ryšiu) informacijai keistis naudojama elektromagnetinė indukcija tarp koduoto kabelio (taip pat žinomo kaip indukcinė magistralė) ir indukcinės antenos. Kadangi belaidžio ryšio diapazonas yra griežtai ribojamas iki 5–20 cm, šis metodas užtikrina tiek lokomotyvo judėjimo lankstumą, tiek ryšio kokybės patikimumą, o taip pat leidžia realiuoju laiku-sekti judančio lokomotyvo padėtį ryšio metu.
Pramoninėje aplinkoje esanti elektros įranga, ypač kintamo{0}}dažnio greičio valdymo įrenginiai, esantys važiuojančiuose lokomotyvuose, gali generuoti stiprias harmonikas, kurios yra identiškos arba panašios į indukcinio belaidžio duomenų perdavimo nešlio dažnį. Šių ko-dažnių trukdžių negali susilpninti pralaidumo filtrai. Jei prie įėjimo nebus imtasi veiksmingų priemonių jam slopinti, indukcinio belaidžio duomenų perdavimo klaidų lygis labai padidės, todėl sistema gali tapti neveikli. I fazės kokso krosnies elektros sistemos modernizavimui Baosteel buvo panaudota iš Japonijos importuota įranga. Faktiškai eksploatuojant „buvo pastebėti dažni indukcinių šynų ryšio pertrūkiai, analizuojant priežastį priskirti atsitiktiniai stiprūs trukdžiai ir antenos aptikimo iškraipymai“. Todėl kai kuriose praktinėse programose buvo atsisakyta indukcinės belaidžio ryšio technologijos duomenų ryšiui, o naudojama tik indukcinė belaidžio padėties nustatymo technologija.
Siekdami slopinti indukcinio belaidžio duomenų perdavimo trikdžius, šios srities ekspertai ir mokslininkai atliko išsamius tyrimus. Viename tyrime buvo pasiūlyta indukcinė belaidžio diferencialo priėmimo antenos konfigūracija, o kitame – metodas, naudojant dvigubas priėmimo antenas su viena perdavimo linija. Šiame darbe aprašyta „skersinė dviguba perdavimo linija su viena priėmimo antena vienodais atstumais“ indukcinio belaidžio duomenų perdavimo kanalų trukdžių slopinimo technika gali veiksmingai slopinti bendrų kanalų trukdžių
2 Pagrindiniai indukcinio belaidžio duomenų perdavimo principai
Norėdami išanalizuoti principą, pagal kurį bendra{0}}kanalo trukdžių slopinimo technologija pagerina signalo-ir -triukšmo santykį naudojant indukcinį belaidį duomenų ryšį, pirmiausia pateikiame trumpą analizę ir įvadą į pagrindinius indukcinio belaidžio duomenų perdavimo principus.
2.1 Užkoduotas kabelis ir indukcinė antena
Užkoduotas kabelis yra plokščios formos ir jame yra kelios perdavimo linijų poros, kurios susikerta tam tikruose taškuose pagal apibrėžtą kodavimo schemą. Užkoduotas kabelis įrengiamas išilgai mobiliojo lokomotyvo bėgių, vienas galas prijungtas prie centrinės valdymo patalpos.
Indukcinę anteną sudaro du ričių rinkiniai,{0}}vienas naudojamas kaip siųstuvo antena, o kitas kaip imtuvo antena,{1}}įdėtas į plastikinę dėžutę, paprastai vadinamą antenos dėžute. Antenos dėžė montuojama ant judančio lokomotyvo ir prijungiama prie lokomotyvo valdymo spintos. Antenos dėžė juda kartu su lokomotyvu ir visą laiką išlaiko 5–20 cm atstumą nuo koduoto kabelio. Žr. 1 pav.
Kai antenos dėžutė yra arti koduoto kabelio, kiekviena koduoto kabelio perdavimo linijų pora sukelia atsaką antenos dėžutėje esančiose ritėse, taip sukuriant trumpo-atstumo belaidžio ryšio kanalą tarp antenos dėžutės ir koduoto kabelio.
2.2 Indukuoto signalo amplitudės ir fazės analizė
2 paveiksle parodyta perdavimo linijos L schema, nutiesta lygiai šalia antenos ritės. 2 paveiksle antenos plotis ir atstumas tarp dviejų susikertančių perdavimo linijų užkoduotame kabelyje yra lygūs W, kur W=2r.
Apibrėžimas: antenos ritės centras yra apibrėžiamas kaip antenos ritės padėtis; sritis tarp dviejų perdavimo linijos L susikirtimų vadinama perdavimo linijos L sritimi K (K=I, II, III, …), o atstumas d reiškia antenos ritės padėties x nuokrypį nuo atitinkamos srities K vidurio linijos.
Naudodami antenos ritę kaip perdavimo ritę, analizuojame ryšio perdavimo linijoje susidariusią indukuotą elektrovaros jėgą e. Pagal elektromagnetinės indukcijos teoriją, kai per antenos ritę teka srovė i=Imsinωt, perdavimo linijoje indukuota emf e yra e=di/dt. Čia abipusis induktyvumo koeficientas M yra antenos ritės padėties (x, y, z) funkcija. Darant prielaidą, kad y ir z išlieka pastovūs, kai antenos ritė juda x - kryptimi, tada:
e=f(x)ωImcosωt
Kadangi yra sankryža, perdavimo linijos I srityje sugeneruotas indukuotas emf eI nesutampa su indukuotu emf eII, sukurtu II srityje. Jei kaip atskaitos tašką imsime eI fazę, tegul
Kai n lygus, perdavimo linijoje sukeltas emf e yra fazėje su eI; kai n yra nelyginis, e yra ne fazėje su eI, o fazės koeficientas yra (-1)n.
Kai atstumas z tarp siųstuvo ritės ir koduoto kabelio yra mažas, galima apskaičiuoti, kad perdavimo ritės generuojamos magnetinio srauto linijos yra tolygiai paskirstytos x- kryptimi ir eina statmenai per perdavimo liniją. Todėl perdavimo linijoje susidarančios indukuotos elektrovaros jėgos e dydis A yra proporcingas perdavimo linijos efektyviajai indukcijos sričiai. Kaip parodyta 2 paveiksle, kai antenos ritė yra 1 padėtyje (d=0), efektyvioji indukcijos sritis S=W × B yra didžiausia, o A=Amax. Antenos ritės 3 padėtyje d=r efektyvioji indukcijos sritis S=0 ir A=0. Antenos ritės 2 padėtyje efektyvioji indukcijos sritis S=(W – 2d) × B. Gauname:
Ir atvirkščiai, jei srovė teka per ryšio perdavimo liniją, o antenos ritė naudojama kaip priėmimo ritė, (1) – (3) lygtys vis tiek galioja, remiantis abipusio induktyvumo principu.
3 Triukšmo slopinimo būdai
Siekiant slopinti trikdžius, ypač bendrų{0}}kanalų trukdžių triukšmą, veiksmingiausias būdas yra neleisti, kad trukdžių triukšmas nepatektų į priėmimo galą. Todėl projektavimo filosofija yra tokia: įdiegus pagrįstą valdymo kambario priėmimo galą-užkoduotą kabelinio ryšio perdavimo liniją-ir transporto priemonės priėmimo galą-priėmimo antena-slopinamas trikdžių triukšmas, o ryšio signalai slopinami kiek įmanoma mažiau, bet nesumažėja. pagerinti signalo -ir-triukšmo santykį.
3.1. Dviejų perdavimo linijų, kertančių vieną priėmimo anteną vienodais atstumais, projektavimas
Projektuojant „dviejų perdavimo linijų, kertančių vieną priėmimo anteną vienodais atstumais“, dvi susikertančių ryšio perdavimo linijų poros, L0 ir L1, yra išdėstytos užkoduotame kabelyje. Naudojama viena siuntimo antena ir viena priėmimo antena; priėmimo antena suformuota iš laidininkų apvijų sukryžiavimo būdu per kelis posūkius, todėl ją galima laikyti sudaryta iš 1 priėmimo ritės ir 2 priėmimo ritės. Atstumas tarp susikertančių perdavimo linijų, atstumas tarp sukryžiuotų priėmimo antenų ir siųstuvo ritės plotis yra W. Kaip parodyta 3 paveiksle.
3(a) paveiksle parodyta tikroji operacijos struktūra ir schema. 3(b) paveiksle parodyta supaprastinta perdavimo linijų L0 ir L1, perdavimo antenos ir priėmimo antenos schema, išdėstyta plokščiai, kad būtų lengviau analizuoti; faktinėse programose W=20 cm.
3.2 Perdavimo linijos trukdžių slopinimo analizė
Kai į lokomotyvo perdavimo anteną patenka signalo srovė, valdymo centras priima signalą per ryšio perdavimo linijas. Siekiant slopinti trukdžių triukšmą, perdavimo linija L0 kertama reguliariais W intervalais. Žvelgiant iš tolo, tai atrodo kaip susuktos-poros kabelis, slopinantis trukdžių triukšmą nuo kelių dB iki 30 dB, o vidutiniškai net 15 dB.
Ryšio signalams pagal (3) lygtį ryšio perdavimo linijoje L0 indukuoto signalo amplitudė AL0 priklauso nuo antenos padėties x. Kai perdavimo ritės centras yra sulygiuotas su bet kuriuo L0 susikirtimo tašku, AL0=0, todėl kanalo negyva zona. Kad būtų išvengta šios situacijos, kodavimo kabelio viduje yra įrengta papildoma ryšio perdavimo linijų pora L1, kurių susikirtimo taškai yra nukrypę nuo L0, kaip parodyta 3 paveiksle. Tegul d0 ir d1 reiškia atstumus, kuriais perdavimo ritės padėtis x yra nukrypta nuo atitinkamai L0 ir L1 perdavimo linijų vidurio linijų; tada r=d0 + d1. Tegul eL0 reiškia perdavimo linijos L0 sukeltą signalą, o eL1 reiškia perdavimo linijos L1 sukeltą signalą. Valdymo patalpos elektroninėje įrangoje signalas e'L1-, kuris yra eL1 pasislinkęs 90 laipsnių - sumuojamas su eL0, kad būtų gautas sudėtinis signalas e. Pagal (2) lygtį turime:
Šiuo metu perdavimo antena yra blogiausioje įmanomoje padėtyje. e vektorinė diagrama parodyta 4 paveiksle.
Aukščiau pateikta analizė rodo, kad 3 paveiksle parodytas kryžminio{0}}perdavimo-linijos imtuvas labai efektyviai slopina trukdžių triukšmą. Ryšio signalų slopinimas yra 3 dB, kai perdavimo antena yra blogiausioje padėtyje.
3.3 Priėmimo antenos trukdžių slopinimo analizė
Dėl trukdžių triukšmo tradicinės priėmimo antenos susideda iš pavienių ritių be kryžminio-sujungimo ir atsparumo trukdžiams. Tačiau 3 paveiksle parodytoje priėmimo antenoje yra 1 ir 2 priėmimo ritės, kurios yra sukryžiuotos. Veikiant lauke, dviejose ritėse sukeltos trukdžių triukšmo elektrovaros jėgos eN1 ir eN2 yra nefazės. Jei triukšmo elektromagnetinės bangos yra tolygiai paskirstytos mažame 2 W plote išilgai priėmimo antenos x-krypties, tada eN1=−eN2, o priimančiosios antenos išskiriama triukšmo elektrovaros jėga eN yra eN1 + eN{14}}
Ryšio signalams moduliuotas signalas f₀, kurį turi perduoti centrinė valdymo patalpa, yra sustiprinamas ir perduodamas perdavimo linija L₀; signalas f₁ (kuris yra 90 laipsnių fazėje su f₀) sustiprinamas ir perduodamas perdavimo linija L1. Šie du signalai sukuria bendrą elektromagnetinį lauką erdvėje prie kodavimo kabelio, kurį aptinka ir priima priėmimo antena, esanti šalia kodavimo kabelio. Kadangi f₀ ir f₁ yra statmenos, kanalo negyvosios zonos vengiamos. Tradicinėje priėmimo antenoje generuojami indukuoti signalai apibūdinami (6) lygtimi. Kaip parodyta 3 paveiksle, priėmimo antena atitinkamai generuoja indukuotas elektrovaros jėgas e(1) ir e(2) priėmimo ritėse 1 ir 2. Dėl vienodo atstumo kirtimo savybių priėmimo antena bet kurioje padėtyje atitinka:
(1) d0 (1)=d0 (2), d1 (1)=d1 (2); pagal (6) lygtį e(1) ir e(2) dydžiai yra lygūs;
(2) Jei perdavimo linijos Li (i=0, 1) srityje K srityje generuojamas elektromagnetinis laukas dominuoja 1 priėmimo ritėje, tada K+1 srityje generuojamas elektromagnetinis laukas dominuoja 2 priėmimo ritėje. Dėl perdavimo linijų sankryžos srityje K+1 generuojamas elektromagnetinis laukas yra ne fazėje, kurioje yra 2 priėmimo sritis. 1, po dviejų fazių inversijų e(1) ir e(2) fazės tampa vienodos.
Todėl indukuota elektrovaros jėga e=e(1) + e(2)=2e(1), kurią priimančioji antena išskiria iš ryšio signalo, yra du kartus didesnė nei įprastos priėmimo antenos.
Be to, kai perdavimo ritė siunčia signalą, įtampa abiejuose perdavimo ritės galuose yra 200 Vp{1}}p. Kad stiprus perduodamas signalas nepažeistų imtuvo pirminio stiprintuvo grandinės, perdavimo ritė yra tarp dviejų priėmimo antenos ritių. Tokiu būdu elektrovaros jėga, kurią priimančiojoje antenoje sukelia perdavimo antenos signalas, yra apytiksliai lygi nuliui.
3.4 Priėmimo antenos trukdžių slopinimo eksperimentinė analizė
Eksperimento sąlygos buvo tokios: bendras perdavimo linijos ilgis buvo 3 m, o P=20 mm. Buvo naudojamas faktinės indukcinės belaidžio duomenų perdavimo įrangos rinkinys, kurio ryšio sparta 4800 b/s, FSK moduliacija ir 49 kHz nešlio dažnis. Normalaus veikimo metu per L0 einančio moduliuoto signalo didžiausia srovė buvo 0,07 A; didžiausia moduliuoto signalo, einančio per perdavimo antenos ritę, srovė buvo 0,38 A.
Eksperimento metu atstumas z tarp perdavimo ritės ir koduoto kabelio buvo išlaikytas 200 mm, o perdavimo ritės centras buvo išlygintas su vienu L0 kryžmu. Esant tokioms sąlygoms, indukuoto signalo įtampos amplitudė perdavimo linijoje L1 buvo išmatuota kaip VL1=25 mVp-p, o indukuoto signalo įtampos amplitudė priėmimo antenoje buvo VA=20 mVp-p.
Jei signalo generatorius naudojamas kaip trukdžių šaltinis, o lygiagrečių laidų pora naudojama sujungimui trikdžiams sukelti, žr. 5 pav. Signalo generatorius išveda trukdžių įtampą v=Vm sin(2πft), kur f=49 kHz ir R=130 Ω.
5(a) paveiksle parodytas eksperimentas atitinka įprastos priėmimo antenos trukdžius, o 5(b) paveiksle parodytas eksperimentas – trikdžius kryžminiuose priėmimo antenos ritiniuose. Tegul VNm (pikas-to-pikas) žymi trukdžių-sukeliamą elektrovaros jėgą, išgaunamą iš priėmimo antenos. 1 lentelėje pateikti abiejų eksperimentų duomenys.
Eksperimentiniai rezultatai rodo, kad sistema pasiekia iki 48 dB trukdžių triukšmo slopinimą. Aukščiau pateiktos teorinės ir eksperimentinės analizės rodo, kad naudojant vienodo atstumo kryžminio priėmimo antenas ne tik stipriai slopinamas trikdžių triukšmas, bet ir 6 dB ryšio signalai padidėja, palyginti su tradicinėmis priėmimo antenomis, taip žymiai pagerinant signalo -ir -triukšmo santykį.
4 Išvada
Trikdžių slopinimo technika, apimanti „dviejų perdavimo linijų su viena priėmimo antena vienodais atstumais kirtimą“ buvo pritaikyta kompiuterinėje{0}}mobiliųjų lokomotyvų centralizuotoje valdymo valdymo sistemoje, kurioje naudojama indukcinė belaidė technologija. Praktikoje šis metodas pasirodė esąs veiksmingas slopinant trukdžius pramoninėje aplinkoje, ypač veiksmingai slopinant bendrųjų kanalų trukdžius, kuriuos sukuria kintamo-dažnio greičio valdymo įrenginiai, taip užtikrinant duomenų perdavimo patikimumą. Žinoma, šiame dokumente siūloma indukcinio belaidžio duomenų perdavimo trikdžių slopinimo technologija skirta tik triukšmo slopinimui priėmimo gale. Elektroninei įrangai, veikiančiai atšiaurioje pramoninėje aplinkoje, turi būti įdiegtos papildomos priemonės, pvz., įžeminimas ir ekranavimas; tai nepatenka į šio dokumento taikymo sritį.