Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет
Кафедра промышленной электроники
Реферат
на тему:
«Телеметрические системы»
Выполнил: магистрант гр.
Проверил:
Уфа - 2011
Содержание
Введение 3
1 Историческая справка 4
2 Основные понятия и типичная структура телеметрической системы 11
3 Классификация телеметрических систем 15
4 Телеметрические датчики и их классификация 18
5 Сжатие телеметрируемой информации 22
6 Современные области применения 26
7 Забойные телеметрические системы 36
7.2 Электропроводной канал связи (ЭКС) 39
7.3 Электромагнитный канал связи (ЭМКС) 41
7.4 Гидравлический канал связи (ГКС) 43
7.5 Комбинированный канал связи 46
Заключение 49
Список использованной литературы 50
Введение
XXI век называют «Веком информации». Люди научились измерять, обрабатывать, распределять и передавать потоки информации. Состояние науки и техники на данный момент делает её неотъемлемой частью производства и быта.
Человечество стремится к получению достоверной, измеренной с максимальной точность информации, её надёжной и быстрой передаче и обработке. Серьёзность требований приводит к созданию сложных систем и комплексов для работы с информацией на всём пути «измерение – хранение». Таким образом, телеметрические системы нашли применение во многих областях.
В данном реферате рассматриваются некоторые исторические аспекты возникновения и развития теле- и радиометрических систем, виды систем и области их применения, особое внимание уделено забойным телесистемам.
1 Историческая справка
Передача информации по проводам берёт своё начало в XIXстолетии. Борис Семенович Якоби (Мориц Герман Якоби) (1801–1874 г.г.), российский ученый, изобретатель и экспериментатор создал телеграфный аппарат и с его помощью организовал линию связи между Зимним дворцом российского императора и Царским селом (1839 г.), а в 1845 между Зимним дворцом и Главным штабом.
Рисунок 1 – Б.С. Якоби Рисунок 2 – Телеграфный аппарат Якоби
В 1839 году в России пущена в эксплуатацию линия семафорного телеграфа между Санкт-Петербургом и Варшавой, ставшая в дальнейшем одной из самых протяженных в мире (1200 км). Сигнал по ней через 149 промежуточных станций шел 15 мин. С внедрением электрического телеграфа действие семафорного телеграфа в 1854 г. прекращено.
24 мая 1844 года Сэмюэль Морзе и Альфред Вэйл закончили постройку первой экспериментальной телеграфной линии между Вашингтоном и Балтимором (США). Морзе послал первое сообщение.
Рисунок 3 – Телеграфный ключ Морзе и Вэйла, которым было передано первое телеграфное сообщение 24 мая 1844
Антонио Меучи (1808-1896 г.г.) изобрел в 1849 году телефонную связь. Ввиду отсутствия средств на регистрацию, не смог запатентовать устройство. Организовал телефонную связь в собственном доме для того, чтобы больная супруга могла вызывать его, когда ей становилось плохо. Провел демонстрацию (1860 г.) устройства для передачи голоса по проводам, во время которой голос певца передавался по телефонным проводам на расстояние нескольких миль. Опубликовал рисунки своего изобретения в 1870 г., на 6 лет раньше Белла (1876 г.).
Рисунок 4 – А. Меучи Рисунок 5 – Телефон Меучи
В 1874 году французские инженеры установили систему датчиков определения погоды и глубины снега на Монблане для передачи информации в режиме реального времени в Париж.
В 1876 Александр Грейм Белл (1847-1922 г.г.) предложил свое изобретение Телеграфной компании («Telegraph Company). Из заключений экспертов: «…Мы установили, что голос очень слаб и неясен… Технически, мы не видим (перспектив), что это устройство будет когда-либо способно к посылке разборчивой речи на расстояние нескольких миль».
Рисунок 6 – А.Г. Белл
В начале 1895 Александр Степанович Попов (1859–1905/06 г.г.) создал «прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний» – первый радиоприемник. Во время опытов обнаружил, что приемник реагирует также и на грозовые разряды. Построил специальный прибор, записывающий на движущуюся бумажную ленту сигналы, вызванные электромагнитным излучением гроз. Прибор впоследствии был назван «грозоотметчиком» и использовался для изучения характера атмосферных помех. Попов писал: «…При дальнейшем усовершенствовании он может быть применен к передаче сигналов на расстояния при помощи быстрых электрических колебаний».
Рисунок 7 – А.С. Попов Рисунок 8 – Грозоотметчик
2 июня 1896 года Гульельмо Маркони (1874–1937 г.г.) получил патент Великобритании на изобретение беспроводного телеграфирования.
Рисунок 8 – Г. Маркони
Первое использование радиотелеграфной связи в полевых условиях во время Англо-Бурской войны в Южной Африке состоялось в 1899 году. Британский флот успешно использовал радиотелеграф для связи между военно-морскими судами.
Борис Борисович Голицын (1862 —1916 г.г), изобретатель первого электромагнитного сейсмографа, предложил сейсмические станции для регистрации и изучения удалённых землетрясений (телесейсмические) и близких сильных землетрясений (региональные).
В 1906 был построен ряд сейсмических станций, связанных телеметрической связью с Пулковской обсерваторией.
Рисунок 9 – Б.Б. Голицын Рисунок 10 – Сейсмограф Б.Б. Голицына
Первый случай телеэлектрокардиографии зарегистрирован в 1906 г., когда голландский физиолог Эйнтховен соединил больного с аппаратом электрокардиографии телефонным кабелем.
При постройке Панамского канала (законченной в 1914 г.) массово использовались телеметрические системы для мониторинга шлюзов и уровней воды.
Джон Хейс Хаммонд младший (1888–1965 г.г) разработал систему дистанционного управления по радио. Благодаря оборудованию, установленному на экспериментальной яхте, провел (1914 г.) ее, управляя по радио, по маршруту длиной 190 км между Глостером (Gloucester) (штат Массачусетс) и Бостоном.
Беспроводная телеметрия начала применяться в радиозондах, разработанных независимо друг от друга Робертом Бюро во Франции и Павлом Молчановым в России. Система Молчанова измеряла температуру и давления и преобразовывала результаты в код Морзе.
В первой баллистической ракете «Фау-2», разработанной немецким конструктором Вернером фон Брауном и принятая на вооружение Вермахта в конце Второй мировой войны, использовалась система передачи примитивных многократных радиосигналов под названием «Мессина» для получения информации о параметрах ракеты. С помощью системы «Мессина» на ленте наземного приемного аппарата записывались показатели ракеты в полете: отклонение газовых рулей, давление в камере сгорания, давление подачи кислорода и спирта, давление пара на входе в турбину, время включения двигателя. Но эта система оставалась столь ненадёжной, что Вернер фон Браун однажды заявил, что было бы эффективнее следить за ракетой в бинокль. Как в СССР, так и в США на смену системе «Мессина» быстро пришли лучшие системы, основанные на импульсно-позиционной модуляции.
Основное применение в России в послевоенное время телеметрические системы нашли в ракетостроении.
Аналоговая телеметрическая система «Трал» имела общую информативность 6000 измерений в секунду и 48 измерительных каналов.
Система измерения температур (СИТ) позволяла подключать до 32 температурных датчиков на один функциональный канал. Система имела передатчики мощностью более 400 Вт в импульсе (ВИМ-АМ) на ракете.
Система РТС-5 обеспечивала общую информативность 50000 измерений/с при 8-ми измерительных каналах и мощности передатчиков на ракете 6 Вт в непрерывном режиме.
Система радиоконтроля траектории «Факел» совмещала в себе одновременно две системы: приемоответчик сантиметрового диапазона «Факел-С» (ответчик мощностью 10 кВт в импульсе) и передатчик дециметрового диапазона непрерывного излучения для работы со станциями «Иртыш» (маяк «Факел-М»). Система весила более 40 кг и имела большой объем. [3]
12 сентября 1958 года компания Texas Instruments создала первую в мире интегральную микросхему - крошечную полоску германия на стеклянной подложке. На ней был расположен всего один транзистор, пара резисторов и конденсатор.
Фирма Intel в 1971 году создала первый в мире 4-х разрядный микропроцессор 4004, предназначенный для использования в микрокалькуляторах.
Значительные измерения в системах телеметрии и телемеханики произошли в связи с развитием микроэлектроники и микропроцессорой техники. На данный момент основным узлов любой телеметрической системы является микпропроцессор.
Требования современных телесистем к высокой точности измерений и передачи информации, высокой скорости обработки и передачи сообщений ставить новые задачи, направленные как на улучшение технических устройств, так и на создание новых математических алгоритмов обработки информации.