Разработка макета системы персонального вызова

    Широкое распространение получила СПРВ "Multiton" (Великоб-

ритания). Эта система применяется более чем в 70-ти странах, в

том числе и в бывшем СССР.  Эта фирма претендует на  авторство

самой первой разработки СПРВ.

    Система "Multiton"  может  работать  (в   зависимости   от

составляющего  ее  оборудования)  так  с небольшим количеством

абонентов (до 870), так и обеспечивая обслуживание целых горо-

дов  с  числом  абонентов  до  10  тысяч.  Существуют варианты

"Multiton" с передачей речевого сообщения или с передачей  до-

полнительной  информации  в  виде отдельных звуковых тонов или

цифровой индикацией в приемниках вызова.  В системах с большим

количеством  абонентов используется двоично-цифровое кодирова-

ние (ДЦК). В отличии от частотного ДЦК основано не на многооб-

разии  частотных  признаков  тональных  сигналов вызова,  а на

использовании  бинарных  сигналов,  отражающих  запись  номера

(цифр) вызова в двоичном исчислении. При этом бинарные сигналы

могут формироваться непосредственно манипуляцией частоты пере-

датчика, например частотной, фазовой или амплитудной модуляци-

ей.  В системах "Multiton" используется  частотная  модуляция.

Поскольку  указанные  бинарные  системы можно отнести к классу

цифровых, то СПРВ с ДЦК часто называют цифровыми системами.

    Из отечественных СПРВ можно выделить систему "Луч-1В". Эта

система рассчитана для использования на отдельных  предприяти-

ях, но возможно применение нескольких передатчиков (до шести),

что позволяет значительно  расширить  зону  действия  системы.

Используемые  в  этой СПРВ цифровые сигналы радиовызова (ДЦК с

частотной модуляцией)рассчитаны на передачу абоненту двух  ти-

пов  вызовов  (индивидуального  и группового) и дополнительной

информации в виде одноцифровой команды.

    Все рассмотренные  выше системы персонального вызова осно-

вываются на передаче сигнала вызова в УКВ диапазоне на  часто-

тах 20-200 МГц. Радиосвязь на УКВ широко используется для свя-

зи с передвигающимися автомашинами,  тогда,  когда  необходимо

обеспечить охват системой большой площади (например в пределах

города).  Несмотря на свои достоинства, системы с радиовызовом

имеют ряд существенных недостатков:

 а) воздействие на другие системы беспроводной радиосвязи;

 б) возможность прослушивания передаваемой информации за  пре-

делами предусмотренной для связи территории;

 в) невозможность использовать под землей (шахты);

 г) наличие ярко выраженной "тени", возникающей в следствии эк-

ранировки радиосигналов стальными конструкциями зданий,  круп-

ным станочным оборудованием.

    Индуктивная связь  является альтернативой радиосвязи.  Она

избавлена от этих недостатков,  хотя обладает другими.  Индук-

тивная  связь  - это беспроволочная связь,основанная на приеме

магнитного поля и действующая в заданных пределах  предприятия

или  цеха.  В  тех  случаях,  когда  перекрываемые индуктивной

связью расстояния и площади удовлетворяют предприятие или  ор-

ганизацию,  этот вид связи,  действуя в определенных територи-

альнных границах объекта,  имеет ряд преимуществ  перед  ради-

освязью на УКВ.

    Магнитное поле низкой частоты (до 100 КГц),  получаемое  с

помощью проволочной петли (шлейф), принимается индивидуальными

приемниками,  представляющие собой датчик НЧ магнитного  поля,

усилитель  и декодер сигнала вызова.  Декодер может применятся

тот же,  что и в системах СПРВ,  усилитель должен обеспечивать

параметры  (усиление,  коэфициент шума и другие),  необходимые

для нормальной работы декодера.  Особого рассмотрения  требуют

датчики магнитного поля, характеристики которых в значительной

степени определяют параметры всей системы.

         1.2. Способы приема слабых электромагнитных

                     низкочастотных полей

    Для приема  слабых  низкочастотных  злектромагнитных полей

применяется множество методов.  Одни из них рассчитаны на  ре-

гистрацию  электрической  составляющей электромагнитного поля,

другие - магнитной.  В данном случае нас интересуют методы ре-

гистрации магнитного поля.

    Одним из главных компонентов в системе регистрации магнит-

ного поля являются датчики. Они во многом определяют параметры

системы,  самый главный из которых - чувствительность.  Методы

создания  магнитных датчиков базируются на многих аспектах фи-

зики и электроники. Существует 11 наиболее применяемых методов

обнаружения магнитного поля. Это следующие методы:

 1) индукционный;

 2) с насыщенным сердечником;

 3) ядерной прецессии;

 4) оптической накачки;

 5) СКВИД;

 6) на основе эффекта Холла;

 7) магниторезистивный;

 8) магнитодиодный;

 9) магнитотранзисторный;

 10) с использованием волоконных световодов;

 11) магнитооптические.

    Рассмотрим конструкцию каждого датчика.

    1.2.1. Индукционные  датчики.

    Наиболее распространенным  преобразователем  напряженности

магнитного поля является индукционный датчик,  типичным приме-

ром  которого  служит  приемная рамка,  работающая на принципе

электромагнитной индукции.  Конструктивно выполняется два типа

рамок:

 1) без сердечника - один или множество витков провода имеющих

форму круга или прямоугольника (рис. 1.3а);

 2) с сердечником - провод наматываеся на материал  с  высокой

магнитной проницаемостью (рис. 1.3б).

    Использование сердечников значительно увеличивает  магнит-

ный поток, пронизывающий рамку, и обеспечивает тем самым более

высокую  чувствительность  преобразователя.   При   одинаковой

чувствительности по напряженности магнитного поля рамки с сер-

дечником обычно существенно меньше, чем рамки без сердечника.

    Как известно,  ЭДС индуцируемая магнитным полем в  катушке

равна

                     e = - -- cos     (1)

где Ф= SH sin( t+ ) -  магнитный  поток,  пронизывающий  витки

    рамки;

      - магнитная  проницаемость сердечника;

    S - площадь  поперечного сечения сердечника или витка воз-

    душной рамки.

    При приеме высокочастотных полей обычно пользуются поняти-

ем действующей высоты рамки h ,  определяющей по  существу  ее

чувствительность  в  режиме  холостого  хода  к  электрической

составляющей электромагнитного поля. Для рамки без сердечника

                      h = -----     (2),

                      Q = ---       (3).

    Как и  любая катушка индукционная рамка имеет распределен-

ную межвитковую емкость обмотки С .  Величина  ее  зависит  от

многих  факторов  и  не поддается расчету.  Экспериментально С

можно найти определяя резонансные частоты рамки f при несколь-

ких значениях внешней емкости Свн и используя формулу Томпсона

               -- = 4* *L*(Cвн - С )      (4).

    Индукционные датчики  магнитного  поля  являются одними из

наиболее чувствительных датчиков. С их помощью можно регистри-

ровать  поля  напряженностью  от  10Е-14  А/м  в  диапазоне до

нескольких МГц.

    1.2.2. Датчики с насыщенным сердечником.

    Датчики этого типа также называют магнитомодуляционными  и

феррозондами.  В основном они применяются для измерения посто-

янных магнитных полей,  но эти же датчики можно использовать и

для  измерения напряженности переменных магнитных полей низких

частот (Fmax=10 КГц).

    Датчик с насыщенным сердечником  представляет  собой  уст-

ройство состоящее из одного или двух сердечников из высокопро-

ницаемого магнитомягкого материала с распределенными по  длине

обмотками (рис. 1.4).

    Принцип действия основан на периодическом изменении прони-

цаемости  сердечников  с  помощью вспомогательного переменного

магнитного поля.  Обмотка возбуждения питается от специального

источника  переменного  тока.  Величина тока выбирается такой,

что создаваемое им поле в определенную часть периода обеспечи-

вает в сердечнике состояние насыщения.  При этом магнитные ли-

нии измеряемого поля "выталкиваются" из сердечника,  пересекая

при этом выходную катушку и в ней индуцируется Э.Д.С., которая

зависит от величины измеряемого поля.  Обычно на выходе  стоит

фильтр,  выделяющий вторую гармонику частоты возбуждения.  Так

как при напряженности поля равном нулю она также  равна  нулю,

то по ее амплитуде судят о величине измеряемого магнитного по-

ля.  Нижний предел измеряемых магнитных полей датчика с  насы-

щенным сердечником равен 10Е-12 А/м.

    1.2.3. Магнитометр с оптической накачкой.

    Магнитометр с  оптической накачкой основан на эффекте Зее-

мана. В 1896 году голландский физик П.Зееман показал,что неко-

торые  из характеристических спектральных линий атомов расщеп-

ляются, когда атомы помещены в магнитное поле; одна спектраль-

ная  линия расщепляется в группу линий с несколькими различаю-

щимися длинами волн.  Особенно этот эффект выражен в  щелочных

элементах, например, в цезии.

    В магнитометре с оптической накачкой используются 3  энер-

гетических  состояния,  возможных для единственного валентного

электрона цезия: 2 низких близкорасположенных состояния и одно

состояние с более высокой энергией.  Разница энергий между бо-

лее низкими состояниями  соответствует  радиочастотным  спект-

ральным линиям,  а переход между одним из более низких состоя-

ний и более высоким состоянием соответствует спектральной  ли-

нии в оптической области.

    Рассмотрим пары цезия при оптической накачке света с  кру-

говой поляризацией.  Количество света, поглощаемое парами, из-

меряется при  помощи  фотодетектора.  Первоначально  некоторые

электроны в парах будут находиться в одном из низких энергети-

ческих состояний и некоторые - в другом. Когда атомы поглощают

фотоны света с круговой поляризацией, их угловой момент обяза-

тельно меняется на единицу.  Таким образом, электроны, находя-

щиеся в энергетическом состоянии,  отличающемся от более высо-

кого состояния на единицу углового  момента,  будут  поглощать

фотоны и переходить в более высокое состояние, а находящиеся в

энергетическом состоянии с таким же угловым моментом,  как и в

более высоком состоянии, - не будут. Поскольку некоторые фото-

ны поглощаются, сила света уменьшится. Электрон, находящийся в

более высоком состоянии,  почти немедленно переходит в одно из

более низких состояний.  Каждый раз,  когда электрон совершает

этот переход, существует некоторая вероятность того,что он пе-

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12