RU186668U1 - INDUCTION COMMUNICATION DEVICE - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к технике, применяемой, в основном, для связи в шахтах, а именно к малогабаритным устройствам для индукционной связи. Техническим результатом является возможность плавного перестроения рабочей частоты устройства подключения приемопередатчика к индукционным линиям связи в широком диапазоне радиоволн и, как следствие, возможность компенсации влияния внешних предметов, обладающих емкостью, и возможность переключения на другие частотные каналы приема-передачи радиосигналов.The invention relates to a technique used mainly for communication in mines, namely to small-sized devices for induction communication. The technical result is the ability to smoothly change the operating frequency of the device connecting the transceiver to induction communication lines in a wide range of radio waves and, as a result, the ability to compensate for the influence of external objects with a capacity, and the ability to switch to other frequency channels of radio transmission and reception.

Устройство подключения радиостанции для индукционной связи по различным электрическим линиям представляет собой согласующее устройство в виде трансформатора, состоящего из первичной и вторичной обмоток и отличается тем, что к согласующему трансформатору в любой его точке гальванически подключается емкостной элемент, который располагается рядом с витками вторичной обмотки трансформатора с возможностью перемещения вдоль оси катушки вторичной обмотки.The device for connecting a radio station for induction communication over various electric lines is a matching device in the form of a transformer consisting of primary and secondary windings and is characterized in that a capacitive element is galvanically connected to the matching transformer at any point, which is located next to the turns of the secondary winding of the transformer with the ability to move along the axis of the coil of the secondary winding.

Устройство подключения индукционной связи либо непосредственно гальванически подключается к однопроводной линии, либо к концу вторичной обмотки трансформатора подключается отрезок гибкого провода, который укладывается вдоль проводников и кабелей, которые используются для индукционной передачи.The induction coupling device is either directly galvanically connected to a single-wire line, or a piece of flexible wire is connected to the end of the secondary winding of the transformer, which is laid along the conductors and cables that are used for the induction transmission.

За счет того, что первичная и вторичная катушки трансформатора устройства подключения для индукционной связи выполнены секциями, которые включаются последовательно с помощью реле, возможна не только плавная перестройка частоты в рамках одного диапазона, но переключение на другой диапазон частот.

Due to the fact that the primary and secondary coils of the transformer of the connection device for induction communication are made by sections that are connected in series with the help of a relay, not only smooth frequency tuning within one range, but switching to another frequency range is possible.

Description

Полезная модель относится к технике индукционной связи и может быть использована в малогабаритной приемопередающей технике средневолнового диапазона для ведения индукционной связи. Устройство предназначено для быстроразворачиваемого узла индукционной связи, что очень актуально в шахтах и рудниках, где практически в каждой горной выработке находится множество кабелей, вдоль которых хорошо распространяются сигналы средневолнового диапазона.The utility model relates to the technique of induction communication and can be used in small-sized transceiver technology of the medium wave range for conducting induction communication. The device is designed for a rapidly deployable induction coupling unit, which is very important in mines and mines, where in almost every mine workout there are many cables along which medium-wave range signals are well distributed.

Для организации точки подключения приемопередатчиков в системах индукционной связи применяются специальные устройства, которые обычно (Патент US №4777652) представляют собой размещенную на размыкаемом ферромагнитном кольце обмотку и последовательно включенный конденсатор переменной емкости. Для установки такого устройства подключения требуется раскрыть кольцо с обмоткой и внутри него установить шахтные кабели, которые требуется возбудить передаваемым сигналом. С помощью регулировки переменного конденсатора добиваются настройки резонансной частоты устройства подключения индукционной связи. Недостатком такого устройства является неудобство использования. Толщина кабеля, к которому можно подключиться ограничена внутренним диаметром размыкаемого ферромагнитного кольца. Кроме того, ферромагнитный сердечник ограничивает подводимую мощность к согласующему устройству.To organize the connection point of the transceivers in induction communication systems, special devices are used, which usually (US Pat. No. 4,777,652) are a winding located on an openable ferromagnetic ring and a series-connected capacitor of variable capacitance. To install such a connection device, it is required to open the ring with the winding and install mine cables inside it, which need to be excited by the transmitted signal. By adjusting the variable capacitor, the resonance frequency of the induction coupling device is tuned. The disadvantage of this device is the inconvenience of use. The thickness of the cable to which you can connect is limited by the inner diameter of the ferromagnetic ring being opened. In addition, the ferromagnetic core limits the input power to the matching device.

Конструкция предлагаемого устройства подключения лишена ферритовых сердечников, что значительно увеличивает максимальный уровень подводимой мощности сигнала. The design of the proposed connection device is devoid of ferrite cores, which significantly increases the maximum level of input signal power.

Устройство подключения имеет в своем составе согласующий трансформатор с изменяемым коэффициентом трансформации в виде первичной и вторичной обмоток, расположенных на одной оси. Для осуществления перестройки резонансной частоты вблизи витков вторичной обмотки трансформатора располагается емкостной элемент, который подключается гальванически к любой точке трансформатора и может передвигаться вдоль оси вторичной катушки, удаляться или приближаться к виткам вторичной катушки.The connection device incorporates a matching transformer with a variable transformation ratio in the form of primary and secondary windings located on the same axis. To implement the tuning of the resonant frequency near the turns of the secondary winding of the transformer, there is a capacitive element that is connected galvanically to any point of the transformer and can move along the axis of the secondary coil, move away or approach the turns of the secondary coil.

Для того чтобы устройство подключения не только плавно перестраивалось в рамках одного диапазона радиоволн, но и могло работать на нескольких частотных диапазонах первичная и вторичная обмотки трансформатора выполнены из нескольких секций, которые подключаются последовательно с помощью реле. От количества подключенных секций зависит значение индуктивности обмотки и частотный диапазон. In order for the connection device to not only smoothly rebuild within the same range of radio waves, but also to work on several frequency ranges, the primary and secondary windings of the transformer are made of several sections that are connected in series using a relay. The value of the inductance of the winding and the frequency range depend on the number of connected sections.

У устройства подключения к концу вторичной катушки трансформатора присоединяется либо непосредственно проводник однопроводной линии индукционной связи или отрезок провода, который далее располагается вдоль любых кабелей, используемых в качестве линий передачи индукционной связи. Устройство подключения возбуждает электромагнитный сигнал в кабелях за счет емкостной связи между отрезком провода и кабелями. Такая конструкция обладает значительной простотой, для нее не существует ограничений на толщину кабеля для подключения устройства, так как гибкий отрезок проводника может быть легко размещен в любом месте, рядом с любым кабелем.At the connection device, either the conductor of the single-wire induction coupling line or a piece of wire, which is further located along any cables used as transmission lines of the induction coupling, is connected to the end of the secondary coil of the transformer. The connection device excites an electromagnetic signal in the cables due to capacitive coupling between the length of wire and the cables. This design has considerable simplicity, for it there is no restriction on the thickness of the cable for connecting the device, since a flexible section of the conductor can be easily placed anywhere near any cable.

Таким образом, устройство подключения для индукционной связи дает возможность пользователям индукционных систем связи оперативно организовывать стационарные точки связи вдоль кабельных линий в любом месте.Thus, the connection device for induction communication enables users of induction communication systems to quickly organize stationary communication points along cable lines anywhere.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемому устройству подключения является антенна по патенту RU №2488927 «Перестраиваемая резонансная антенна с согласующим устройством». Эта антенна содержит вибратор в виде 2D или 3D проводящего тела, согласующий трансформатор на незамкнутом магнитопроводе, вторичная обмотка которого подключена к вибратору, а на первичную подается питание. Вместо вибратора у устройства подключения используется либо отрезок провода, либо линия индукционной связи. Эта антенна имеет очень малые габариты и может использоваться в мобильной радиосвязи, однако она обладает существенным недостатком, а именно, подобная конструкция антенны может эффективно использоваться только для излучения сигналов портативных радиостанций небольшой мощности 1-5 Вт, поскольку при подаче сигнала большей мощности ферритовый стержень, из которого выполняется магнитопровод, входит в магнитное насыщение и нагревается, что не позволяет использовать эти антенны для передачи мощностей в несколько десятков и сотен Ватт, что особенно требуется в случае организации узла стационарной радиосвязи.The closest analogue in technical essence to the claimed connection device is the antenna according to patent RU No. 2488927 "Tunable resonant antenna with matching device". This antenna contains a vibrator in the form of a 2D or 3D conductive body, a matching transformer on an open magnetic circuit, the secondary winding of which is connected to the vibrator, and the primary is supplied with power. Instead of a vibrator, the connection device uses either a piece of wire or an induction communication line. This antenna has very small dimensions and can be used in mobile radio communications, however, it has a significant drawback, namely, such an antenna design can only be effectively used to emit signals from portable radio stations of small power of 1-5 W, since a ferrite rod from which the magnetic circuit is carried out, enters magnetic saturation and heats up, which does not allow the use of these antennas for transmitting capacities of several tens and hundreds of watts, which This is especially required in the case of the organization of a fixed radio communication node.

Технический результат заявляемой полезной модели заключается в возможности перестроения рабочей частоты устройства подключения в достаточно широком диапазоне при использовании источников сигнала повышенной мощности до десятков и сотен Ватт при сохранении его малых габаритных размеров для расширения функциональных возможностей радиоаппаратуры в особенности в условиях ограниченного объема (шахты, пещеры), кроме того, устройство может перестраиваться и на другие частотные диапазоны.The technical result of the claimed utility model consists in the possibility of tuning the operating frequency of the connection device in a fairly wide range when using signal sources of increased power up to tens and hundreds of watts while maintaining its small overall dimensions to expand the functionality of the radio equipment, especially in conditions of limited volume (mines, caves) In addition, the device can be tuned to other frequency ranges.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве подключения, содержащем согласующий трансформатор, состоящий из первичной и вторичной обмоток и точки подключения к индукционной линии, соединенной с его вторичной обмоткой, согласно заявляемой полезной модели вблизи вторичной катушки, располагается настроечный элемент в виде подвижного емкостного элемента (электрода). The specified technical result is achieved by the fact that in the connection device containing a matching transformer consisting of a primary and secondary windings and a connection point to an induction line connected to its secondary winding, according to the claimed utility model, a tuning element in the form of a movable capacitive element is located near the secondary coil (electrode).

Емкостной элемент делается подвижным вдоль оси вторичной катушки, и устройство подключения содержит механизм передвижения данного элемента, который может быть выполнен в виде электродвигателя с винтом, который вращаясь передвигает емкостной элемент относительно вторичной катушки трансформатора и тем самым изменяет рабочую частоту устройства подключения.The capacitive element is made movable along the axis of the secondary coil, and the connection device contains a movement mechanism for this element, which can be made in the form of an electric motor with a screw that rotates the capacitive element relative to the secondary coil of the transformer and thereby changes the operating frequency of the connection device.

Изменение рабочей частоты устройства подключения происходит из-за изменения шунтирующей емкости между витками вторичной обмотки и настроечным емкостным элементом. Это изменение частоты возможно в пределах ширины полосы 10-20% от центральной частоты. А для того, чтобы перейти на другой частотный диапазон первичная и вторичная обмотка трансформатора выполняется из нескольких секций, которые подключаются с помощью реле. При подключении дополнительных секций выбирается более низкий диапазон радиоволн, а при отключении секций более высокий.The change in the operating frequency of the connection device is due to a change in the shunt capacitance between the turns of the secondary winding and the tuning capacitive element. This change in frequency is possible within a bandwidth of 10-20% of the center frequency. And in order to switch to a different frequency range, the primary and secondary windings of the transformer are made of several sections, which are connected using a relay. When connecting additional sections, a lower range of radio waves is selected, and when disconnecting sections, a higher one.

Полезная модель может быть реализована промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий и материалов и соответствует требованиям критерия "промышленная применимость".The utility model can be implemented industrially using well-known technical means, technologies and materials and meets the requirements of the criterion of "industrial applicability".

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена конструктивная схема устройства подключения для индукционной связи.The utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a structural diagram of a connection device for induction coupling.

В качестве каркаса устройства подключения используется диэлектрическая труба на которой размещается контакт 1 для подключения индукционной линии - выход. На каркасе размещены первичная 2 и вторичная 3 обмотки трансформатора к которым подсоединен вход устройства 5. Внутри каркаса на отрезке пластиковой трубы установлен емкостной элемент 4, который может быть выполнен из фольги. Имеется механизм перемещения 6 емкостного элемента 4 для настройки устройства состоящий из электродвигателя, редуктора и винта, расположенных на оси вторичной катушки, при вращении которого емкостной элемент перемещается вдоль этой оси.As the frame of the connection device, a dielectric pipe is used on which contact 1 is placed to connect the induction line - output. The primary 2 and secondary 3 windings of the transformer are placed on the frame to which the input of device 5 is connected. Inside the frame, on the piece of plastic pipe, a capacitive element 4 is installed, which can be made of foil. There is a movement mechanism 6 of the capacitive element 4 for adjusting the device consisting of an electric motor, gearbox and screw located on the axis of the secondary coil, during rotation of which the capacitive element moves along this axis.

Более подробно устройство подключения описано в разрезе двух плоскостей на фиг. 2. А) и В). Каркас устройства 8 располагают в защитном кожухе 7, который тоже выполняют из диэлектрического материала. Устройство перемещения подстроечного емкостного элемента 6 состоит из электродвигателя 6.1, редуктора 6.2, винта 6.3 на оси катушек трансформатора, гайки 6.4, в которой вращается винт. Гайка 6.4 жестко закреплена в трубке 9 на которой снаружи находится емкостной элемент 4 в виде слоя фольги. Для того чтобы трубка 9 с гайкой 6.4 не проворачивалась при вращении винта 6.3 и перемещалась вверх-вниз, на трубке 9 и каркасе антенны 8 размещены направляющие 10. Емкостной элемент 4 подключается гибким изолированным проводником к любой точке трансформатора, например, А, В, D или Е. На фиг. 3 А) показано подключение подстроечного элемента 4 к концу вторичной обмотки в точке Е, а на фиг. 3 В) показано подключение емкостного элемента к точкам В и D, т. е. к концу первичной и началу вторичной катушки.In more detail, the connection device is described in section of two planes in FIG. 2. A) and B). The frame of the device 8 is placed in a protective casing 7, which is also made of dielectric material. The device for moving the tuning capacitive element 6 consists of an electric motor 6.1, a gearbox 6.2, a screw 6.3 on the axis of the transformer coils, a nut 6.4, in which the screw rotates. The nut 6.4 is rigidly fixed in the tube 9 on which the capacitive element 4 is located outside in the form of a foil layer. In order that the tube 9 with nut 6.4 does not rotate when the screw 6.3 is rotated and moves up and down, guides 10 are placed on the tube 9 and the antenna frame 8. The capacitive element 4 is connected by a flexible insulated conductor to any point on the transformer, for example, A, B, D or E. FIG. 3A) shows the connection of the trimming element 4 to the end of the secondary winding at point E, and in FIG. 3 B) shows the connection of the capacitive element to points B and D, i.e., to the end of the primary and the beginning of the secondary coil.

На фиг. 4 изображена эквивалентная электрическая схема устройства подключения. Подстроечный емкостной элемент 4 и витки вторичной катушки образуют серию подстроечных конденсаторов переменной емкости С₁, С₂…C_N емкость которых зависит от расположения элемента 4.In FIG. 4 shows an equivalent electrical diagram of a connection device. The tuning capacitive element 4 and the turns of the secondary coil form a series of tuning capacitors of variable capacitance C ₁ , C ₂ ... C _{N, the} capacitance of which depends on the location of element 4.

На фиг. 5 изображен фрагмент электрической схемы трансформатора двухдиапазонного устройства подключения. Первичная катушка состоит из двух сегментов 2.1 и 2.2, а вторичная катушка из сегментов 3.1 и 3.2. Сегменты 2.2 и 3.2 подключаются последовательно к катушкам с помощью реле. Когда эти катушки подключены, устройство подключения работает на нижнем диапазоне, а когда отключены, то на более высоком диапазоне частот. Таким техническим решением достигается многодиапазонность устройства подключения.In FIG. 5 shows a fragment of an electric circuit of a transformer of a dual-band connection device. The primary coil consists of two segments 2.1 and 2.2, and the secondary coil consists of segments 3.1 and 3.2. Segments 2.2 and 3.2 are connected in series to the coils using relays. When these coils are connected, the connection device operates in the lower range, and when disconnected, then in the higher frequency range. This technical solution achieves multi-range device connection.

Индукционная линия подключается к выходу устройства подключения либо непосредственно, либо через отрезок гибкого провода, который располагают вдоль любых кабелей, которые используют в качестве индукционных линий связи. An induction line is connected to the output of the connection device either directly or through a piece of flexible wire that is placed along any cables that are used as induction communication lines.

На фиг. 6 разъясняется принцип действия устройства подключения. Приемопередатчик 11 соединен высокочастотным кабелем с устройством подключения 12. Устройство подключения 12 на фиг. 6 А) подсоединяется в точке Е к однопроводной индукционной линии связи 13. Вторым проводом для распространения сигнала служит земля, с которой у приемопередатчика имеется гальваническая или емкостная связь C_g. Сигнал индукционной связи распространяется вдоль однопроводной линии связи.In FIG. 6 explains the principle of operation of the connection device. The transceiver 11 is connected by a high-frequency cable to the connection device 12. The connection device 12 in FIG. 6 A) is connected at point E to a single-wire induction communication line 13. The second wire for signal propagation is the ground with which the transceiver has galvanic or capacitive coupling C _g . An induction coupling signal propagates along a single-wire communications line.

Кроме использования специальной выделенной однопроводной линии, к которой устройство подключения соединяется гальванически можно использовать имеющиеся в шахте, руднике или на другом объекте кабели 15. На фиг. 6 В) показано безгальваническое емкостное подключение к имеющимся кабелям. Для этого к устройству подключения в точке E присоединяется отрезок гибкого изолированного провода 14, который укладывается вдоль кабелей 15. Между проводом 14 и кабелями 15 возникает емкостная связь С_С, вследствие этого кабели возбуждаются от высокочастотного сигнала приемопередатчика и служат линией индукционной связи.In addition to using a special dedicated single-wire line to which the connection device is galvanically connected, cables 15 can be used in the mine, mine or at another object. In FIG. 6 V) shows a galvanic-free capacitive connection to existing cables. For this purpose a device connection at the point E is attached length of flexible insulated wire 14 which is laid along the cable 15. Between the wire cables 14 and 15 arises capacitive coupling C _C, thereby the cables are driven by the high-frequency signal and the transceiver are induction communication line.

Устройство подключения для индукционной связи работает следующим образом.The connection device for induction communication operates as follows.

Данное устройство с помощью трансформатора согласует радиопередатчик с линией индукционной связи, которая подключается непосредственно к концу вторичной катушки трансформатора либо к концу вторичной катушки трансформатора подключается отрезок гибкого провода в несколько метров, который потом располагают вдоль кабелей, используемых для индукционной связи. Эти кабели будут возбуждаться за счет емкостной связи между ними и отрезком гибкого провода. Данное устройство может возбудить индукционную линию только на одной резонансной частоте, зависящей от индуктивности вторичной катушки трансформатора, длины и толщины гибкого провода. Использование подстроечного емкостного элемента шунтирующего вторичную обмотку трансформатора вызовет изменение резонансной частоты и перестроит резонансную частоту.This device, using a transformer, matches the radio transmitter with an induction communication line that connects directly to the end of the transformer secondary coil or connects a few meters of flexible wire to the end of the transformer secondary coil, which is then placed along the cables used for induction communication. These cables will be excited by capacitive coupling between them and a piece of flexible wire. This device can excite the induction line at only one resonant frequency, depending on the inductance of the secondary coil of the transformer, the length and thickness of the flexible wire. The use of a tuning capacitive element shunting the secondary winding of the transformer will cause a change in the resonant frequency and the tuning of the resonant frequency.

Claims (2)

1. Устройство подключения для индукционной связи, содержащее согласующее устройство в виде трансформатора, состоящего из первичной и вторичной обмоток, отличающееся тем, что вблизи вторичной обмотки трансформатора расположен подвижный емкостной элемент, подключенный гальванически в любой точке к трансформатору, и механизм ручного или автоматического перемещения емкостного элемента относительно вторичной обмотки и фиксации в выбранном положении.1. A connection device for induction coupling, comprising a matching device in the form of a transformer consisting of primary and secondary windings, characterized in that near the secondary winding of the transformer there is a movable capacitive element connected galvanically at any point to the transformer, and a mechanism for manually or automatically moving the capacitive element relative to the secondary winding and fixing in the selected position. 2. Устройство подключения для индукционной связи по п. 1, отличающееся тем, что первичная и вторичная обмотки разделены на несколько секций, которые подключаются с помощью реле.2. The connection device for induction communication according to claim 1, characterized in that the primary and secondary windings are divided into several sections that are connected using a relay.

Images