Радиотехническая аппаратура высокоточного контроля геометрической формы плотин гидроэлектростанций
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
Вµзопасность и экологичность разработки;
.Технико-экономическое обоснование
Практическая значимость и внедрение результатов исследований:
Проведение вышеперечисленных исследований позволит создать высокоточный метод измерения расстояния (смещений) и оборудование контроля над створами плотин или другими малоподвижными объектами которым требуется мониторинг и оценка их прочностных параметров.
1. Обоснование радиотехнического метода измерений точных расстояний
Для оценки прочностных характеристик и мониторинга геометрических параметров плотин гидроэлектростанций, при воздействии внешних факторов, необходимо измерять перемещение отдельных участков гребня плотины по всей длине. Одним из перспективных способов измерения перемещения гребня плотины может быть радиотехнический метод, основанный на измерении задержки радиосигнала от опорной точки расположенной ниже плотины на 0,51 км, где расположена приемопередающая антенна, до контрольных точек на гребне плотины, в которых установлены отражающие антенны.
Реализация этого метода требует достаточно высокой точности измерения величины задержки сигнала. Так, для обеспечения точности измерения расстояния в 1 мм и точнее необходимо измерять задержку радиосигнала с погрешностью менее 3 пс, что соответствует погрешности измерения фазы радиосигнала частотой 1ГГц не более 1,2.
Достижение инструментальной точности в 1 мм стандартными средствами радиотехнических методов дальнометрии добиться очень тяжело, поэтому предлагаемый метод специально разрабатывался для заданных требований точности, и не имеет выявленных аналогов при проведении патентного поиска.
Рассматриваемый метод условно разделим на две части:
определение абсолютного расстояния между антеннами, предполагается использовать проверенные и отработанные принципы спутниковых навигационных систем (ГЛОНАСС/GPS), а именно измерение задержки при помощи шумоподобных сигналов псевдослучайной последовательности для определения дальности. Синхронизацию по времени обеспечит система ГЛОНАСС/GPS;
принцип измерения приращения дальности, осуществляется приращением частоты первичного сигнала радиоизлучения, при условии постоянной фазы сигнала принимаемого от объекта переизлучения, в точке излучения первичного радиосигнала. Это условие выполняется таким изменением частоты первичного радиоизлучения, чтобы разница фаз принимаемого сигнала от объекта переизлучения и первичного излучения была равна нулю.
В данной работе мы более подробно остановимся на второй части - принципе измерения приращении дальности, за счет которого как раз и обеспечивается заданная в ТЗ точность.
Реализация принципа измерения приращения дальности осуществляется генератором частоты первичного радиоизлучения управляемого устройством фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) по сигналу рассогласования принимаемого от объекта переизлучения.
Структурная схема измерителя приращения представлена на рис. 1.
Рисунок 1 - Структурная схема измерителя приращения: ГУН - генератор управляемого напряжения; ФД - фазовый детектор; УС - усилитель; СД - синхронный детектор; И - интегратор напряжения рассогласования; Ч - частотомер; К - коммутатор переизлучающей антенны установленной на точке переизлучения; ЭВМ - процессор обработки результата наблюдения.
Генератор управляемого напряжения (ГУН) подает на излучающую антенну синусоидальный сигнал, длина волны которого подобрана так, чтобы между излучающей антенной и отражающей укладывалось целое число длин волн, а сама длина волны была больше чем максимальное смещение плотины, то есть по ТЗ больше 100 мм. Следовательно, частоту ГУН следует выбрать в пределах 13 ГГц.
На плотине предполагается использовать определенное количество отражающих антенн установленные через заданные промежутки расстояния. Выбор отражающей антенны происходит с помощью устройства управления, которое опрашивает антенны соответствующим двоичным кодом по отдельному каналу связи.
Двоичный код от управляющего устройства, через отдельный канал связи, поступает на коммутационный блок отражающей антенны и модулирует сигнал, пришедший по главному каналу связи от приемопередающей антенны, служит для подтверждения работы выбранной отражающей антенны.
Коммутатор, получив этот двоичный код, будет изменять фазу излучаемого сигнала главного канала для определения приращения дальности на 180 по меандру. Изменение фазы в коммутирующем блоке необходимо для упрощения и возможности реализации устройства усиления сигнала после фазового детектора приемника, так как на выходе фазового детектора появится переменное напряжение. Коммутатор будет представлять собой устройство замыкания и размыкания антенны на землю.
Измеряемое расстояние (впоследствии измеряемое приращение расстояния) может быть определено по полной фазовой задержке сигнала излучения прошедшего путь от фазового центра излучающей антенны (ФЦИ) до фазового центра отражающей антенны (ФЦО), установленной на точке наблюдения, и обратно.
Таким образом, измеряемое расстояние D равно:
,(1)
где с - скорость распространения электромагнитной волны;
f - частота ГУН;
- полная фазовая задержка;
- длина волны;
;
n = целая часть .
Работа ФАПЧ при интегральном законе регулирования обеспечивает значение за счет изменения частоты ГУ