1.7.2 Максимальное расстояние детектирования сигнала генератора

Это является вопросом для большинства пользователей локаторов, а также для большинства производителей локаторов, желающих уклониться от ответа!

1.7.2.1. Основные способы, позволяющие увеличить расстояние, на котором возможно детектирование сигнала, заключаются в следующем:

Снижение величины потерь сигнала;

Увеличение мощности сигнала;

Увеличение чувствительности приемника.

Величина максимального расстояния, при которой уровень исходного сигнала заданной мощности будет снижаться до нуля, зависит от величины его потерь в линии. Положение наиболее удаленной точки, в которой все еще будет возможность определять этот сигнал, является функцией чувствительности приемника и его способности детектировать сигнал в присутствии шумов. Больше величина мощности исходного сигнала, легче детектировать сигнал.

Уровень потерь сигнала обычно является величиной постоянной для определенной линии и частоты сигнала. Величина потерь зависит от значений проводимости, емкости и индуктивности относительно земли или других металлических линий и конструкций. Необходимо понимать значение использования логарифмической шкалы или шкалы в децибелах для любого графика, отражающего изменение потерь сигнала по длине линии.

График иллюстрирует уменьшение сигнала величиной в 1А по длине данной линии. Очевидно, что основная часть сигнала в линии теряется вблизи генератора, затем идет более плавное уменьшение сигнала вплоть до нуля. Область плавного изменения при низких значениях сигнала, где небольшие изменения его уровня приводят к значительным изменениям расстояния, является критической зоной, поэтому необходимо расширить эту часть характеристики. Это может быть выполнено путем преобразования масштаба по вертикальной оси в логарифмический, т.е. путем замены величины ее логарифмом. Децибел — это единица, применяемая для количественной оценки изменения (усиления или ослабления) уровня, т.е. величины сигнала, и выражаемая как десятичный логарифм отношения уровней сигналов умноженный на 20. Например, увеличение на 6 дБ соответствует удвоению, а уменьшение на 6 дБ — снижению уровня наполовину. Такая операция приводит к преобразованию кривой в прямую линию, что делает сравнение сигналов более наглядным.

1.7.2.2. Снижение величины потерь сигнала

Невозможно изменить характерные свойства самой линии. Однако, параметры сигнала генератора могут быть изменены таким образом, чтобы обеспечить его наилучшее прохождение на максимально возможное расстояние. При этом, особенно важное значение имеет выбор частоты сигнала. В общем случае, сигнал низкой частоты проходить на большее расстояние, чем высокочастотный сигнал, так как позже происходит его утечка через емкость на землю. На графике, приведенном ниже, величины расстояния, при которых один и тот же сигнал приходит к уровню 0 дБ, обозначены как D33, D8 и D1 для частот 33 кГц, 8 кГц и 512 Гц.

Заметим однако, что не следует безоговорочно принимать это заключение. Выбор частоты сигнала, которая обеспечит наиболее эффективную локацию, в значительной степени зависит от используемого метода; более высокие частоты легче использовать для реализации метода индукции. Уровень фоновых шумов также изменяется при различных частотах и особенно при промышленных частотах 50/60 Гц силовых линий, что также может влиять на чувствительность приемника. Хотя и эта частота может быть оптимальной для конкретной линии в определенных условиях. Выбор частоты лучше всего осуществлять экспериментально.

1.7.2.3. Увеличение уровня детектируемого сигнала

Существуют три возможных способа увеличение уровня сигнала.

Выполнение качественного заземления.

Согласование импеданса. Любая линия имеет определенное значение импеданса при данной частоте. Детектирование линии требует определенной величины протекающего через нее тока, который и обеспечивает достаточное для измерения значение сигнала. Напряжение, которое будет обеспечивать прохождение тока через линию, создается генератором и зависит от импеданса линии. Например, импеданс линии величиной 10 Ом потребует 10 В на один ампер, а для импеданса линии величиной 200 Ом необходимо 200 В на один ампер. Если генератор имеет максимальный выход при постоянном напряжении, скажем 50 В, то он сможет обеспечить прохождение тока 5 А через первую линию и только 0,25 А через вторую линию. Таким образом, мощность, передаваемая во вторую линию, будет значительно меньше, чем в первую линию (250 ВА и 12,5 ВА соответственно). При этом низкий импеданс линии может вызвать перегрузку генератора при его максимальном выходе. Очевидно, что для оптимизации работы генератора необходимо обеспечить, по крайней мере, несколько режимов его работы при различных сочетаниях выходного напряжения и тока. Наличие параллельной подстройки будет идеальным средством для обеспечения практически бесконечного числа таких сочетаний. Однако, на практике пошаговое изменение является более экономичным. Наличие даже двух вариантов сочетания напряжение/ток предоставляет значительные преимущества без дополнительного увеличения мощности генератора по сравнению с возможностью подачи в линию напряжения только одной величины.

Увеличение мощности генератора. Третий, но наиболее непрактичный и дорогой способ, заключается в увеличении уровня сигнала за счет повышения мощности генератора. При этом, увеличение мощности генератора в четыре раза приводит лишь к удвоению величины сигнала в линии (квадратичная зависимость). Это не только увеличивает размеры, вес и стоимость элементов генератора, но и увеличивает расход энергии батарей портативных локаторов, в результате которого снижается время их непрерывной работы и возрастает частота замены или зарядки батарей, а также их размеры, вес и стоимость.

Кроме этого, при использовании сигналов высокого напряжения существенное внимание должно быть уделено также вопросам техники безопасности.

Какой из способов не был бы принят, увеличение уровня сигнала в данной линии и его частоты приведет к увеличению расстояния, на котором он может быть определен. Эффект влияния удвоения тока генератора показан на графике, где при уровне сигнала 0 дБ расстояние увеличивается от D1 до D2.

1.7.2.4. Увеличение чувствительности приемника

На следующих графиках показано уменьшение уровня сигнала по длине линии практически до нуля. Однако, уже на некотором расстоянии от этой точки (нуля) приемник не может определять сигнал, так как его нельзя отличить от фонового шума и помех. Пороговый уровень шума указан на графике. Этот график иллюстрирует изменение величины потерь сигнала при различных частотах. Кроме того, на нем приведены различные пороги шумов. При 0 дБ как расстояние D1 при 512 Гц значительно больше D8 при 8 кГц, так и порог шума приемника Т1 при 512 Гц выше, чем величина Т8 при 8 кГц, так как он понижается в области гармоник с частотами, связанными с частотами 50 и 60 Гц, на которых работают силовые системы и которые всегда присутствуют в окружающей их среде. Поэтому, максимальное расстояние детектирования сигнала R1 при 512 Гц незначительно превышает величину R8 при 8 кГц как это предполагалось вначале. Подобный эффект проявляется и при сравнении расстояний детектирования сигнала при частотах 33 кГц и 8 кГц.

В связи с этим, очевидно, что чувствительность приемника в диапазоне детектирования является исключительно важным параметром. Снижения порога шума достигается сочетанием высокого усиления и качества фильтрации сигнала помехи при частотах, отличных от частоты генератора сигналов. На графике, иллюстрирующем удвоение тока в линии при увеличении мощности генератора сигналов в четыре раза, показано, как такое же увеличение расстояния детектирования от R1 до R2 может быть достигнуто уменьшением в два раза порога шума приемника от Т1 до Т2.