Файл: Уриг, Р. Статистические методы в физике ядерных реакторов.pdf

Система прямой записи. В этой системе имеется усилитель для нормализации данныхj которые должны быть записаны; для ком­ пенсации неоднородности частотных характеристик записывающей головки и окисного покрытия магнитной ленты применяется высоко­ частотное напряжение смещения. Усилитель прямого воспроизведе­ ния состоит из входного предусилителя, схемы выравнивания частот и выходного усилителя. Схема выравнивания частот изменя­ ется для различных скоростей ленты и используется для компенса­ ции нелинейностей в головке, ленте и усилителе, давая постоянную

Рис. 8.1. Запись на магнитную ленту и воспроизведение [1].

частотную характеристику в широком диапазоне частот. При пря­ мой записи сигнал смешивается с высокочастотным напряжением смещения и поступает прямо на записывающую головку в виде изменяющегося электрического тока. Схематические диаграммы записывающей и воспроизводящей головок показаны на рис. 8.1. Головки состоят из магнитных сердечников в виде замкнутых колец, имеющих узкие немагнитные зазоры, расположенные последова­ тельно с магнитными линиями сердечника. Магнитная поверхность ленты взаимодействует с записывающей головкой в зазоре, шунти­ руя зазор и замыкая магнитные линии в сердечнике головки. Ток сигнала проходит через обмотку, которая находится на магнитном сердечнике, и создает магнитный поток яр, величина которого про­ порциональна записываемому току г:

где К — коэффициент пропорциональности. Любой участок маг­ нитной ленты, прошедшей через, зазор, сохраняет остаточную намагниченность, которая пропорциональна потоку в тот момент, когда участок проходит через зазор. Следовательно, истинная за­ пись имеет место на заднем крае зазора.

210

При записи синусоиды интенсивность намагниченности ленты изменяется синусоидально вдоль ленты. Длина волны записывае­ мого сигнала вдоль ленты соответствует каждой завершенной поло­ вине периода входного электрического сигнала. Длина волны % прямо пропорциональна скорости ленты v и обратно пропорцио­ нальна частоте / записываемого сигнала:

Во время считывания намагниченная поверхность ленты проходит через зазор считывающей головки. Участок ленты, находящийся в контакте с зазором, замыкает магнитный сердечник считывающей

Рис. 8.2. Выходной сигнал считывающей головки

[ 1].

головки; при этом магнитные силовые линии проходят через сер­ дечник. Величина магнитного потока является функцией средней намагниченности участка ленты, действительно перекрываемого зазором в данный момент. Когда лента проходит через считываю­ щий зазор, поток в сердечнике, зависящий от намагниченности ленты, генерирует в обмотке ЭДС, величина которой пропорциональ­ на не величине потока, а скорости его изменения, т. е.

Следовательно, напряжение на концах обмотки считывающей го­ ловки зависит от частоты, как показано на рис. 8.2. Для получе­ ния амплитудной характеристики, не зависящей от частоты, не­ обходимо, чтобы выходной усилитель имел обратную частотную характеристику. Это обычно достигается использованием выравни­ вающих контуров в выходном усилителе. В некоторых записываю­ щих устройствах выравнивание автоматически изменяется при по­ вороте переключателя диапазона скоростей. В других устройствах

211

при изменении скорости считывания приходится извлекать один контур и заменять его другим.

Частотная характеристика магнитной записывающей системы ограничена как верхней, так и нижней частотой. Для очень низких частот выходное напряжение при считывании меньше, чем уровень шумов записывающей системы, и поэтому полезный выходной сиг­ нал отсутствует. В области высоких частот частота падает, когда длина волны записываемого сигнала приближается к размеру зазора считывающей головки. Выходной сигнал близок к нулю, когда К приближается к размеру зазора, так как выходное напря­ жение пропорционально среднему значению намагниченности лен­ ты под зазором.

Поскольку магнитные материалы характеризуются нелиней­ ным соотношением между силой магнитного поля Я, приложенного к ним, и результирующей намагниченностью В, необходимо вводить высокочастотное напряжение смещения с величиной достаточно большой (обычно в несколько раз превышающей входной сигнал), чтобы магнитная головка работала на линейном участке кривой ВН.

Современные магнитофоны могут записывать 14 дорожек на магнитной ленте шириной 25,4 мм, некоторые последние модели записывают даже 28 дорожек на ленте шириной 25,4 мм. Чтобы обеспечить минимальное взаимодействие между соседними голов­ ками, используются два набора головок и прослаивание дорожек.

3,56 мм с учетом прослаивания. Типичные зазоры в записывающей и считывающей головках соответственно равны 0,0127 и 0,00203 мм.

Частотная характеристика записывающей системы сильно за­ висит от скорости ленты. Скорости ленты, обычно используемые в настоящее время в Соединенных Штатах для записи аналоговых данных, 'равны 152; 76; 38; 19; 9,5; 4,75 и 2,38 см/сек. Ухудшение характеристик является следствием изменения зазора головки, насыщения ленты, изменения скорости ленты и увеличения эффекта

212

Запись с частотной модуляцией. При частотной модуляции (ЧМ) некоторая частота принимается за среднюю, или несущую частоту, соответствующую нулевому входному сигналу. Сигнал, который должен быть записан, модулирует эту несущую частоту. Модулиро­ ванный сигнал записывается методом прямой записи, описанным в предыдущем разделе. Девиация частоты модулированного сигнала обычно ограничена величиной 7,5% несущей частоты, хотя может использоваться девиация до 40%. Следовательно, наименьшая частота, которая может быть записана даже при большом отрица­ тельном входном сигнале магнитофона, значительно выше нижнего частотного предела системы прямой записи. Это означает, что могут быть легко записаны постоянные и очень низкочастотные сигналы. Однако верхний частотный предел для ЧМ-записи гораздо ниже верхнего предела при прямой записи. Это связано с двумя факто­ рами: обычным ограничением 7,5% (или 15%) несущей частоты для уменьшения искажения и необходимостью использования фильт­ ра низких частот с частотой обрезания около 1/5 несущей частоты. Частотные характеристики типовых ЧМ-магнитофонов для стан­ дартного и расширенного интервалов (7,5 и 15% соответственно) приведены в табл. 8.2.

Т а б л и ц а 8.2

Частотные характеристики типовых записывающих систем с частотной модуляцией

Поскольку частота генератора регулируется амплитудой инфор­ мационного сигнала, ЧМ-система очень чувствительна и удобна для записи сигналов переходных процессов. ЧМ-воспроизводящий уси­ литель состоит из предусилителя, ограничителя, дискриминатора и выходного фильтра, который изменяется в зависимости от скорости ленты, давая частотную характеристику ±1/2 дб во всем интервале. Большая часть информации, записываемой во время эксперименталь­ ных исследований на ядерном реакторе, состоит из сигналов, в ко­ торых максимальная частота относительно низка, и для записи данных на ленту применяется многоканальная передача, чтобы более эффективно использовать имеющуюся полосу пропускания

213

записывающей системы. В типичном испытании 14 каналов данных записываются на магнитную ленту шириной 25,4 мм. Один из этих каналов обычно используется для временного кодирования, а дру­ гой — для высокочастотного синхронизирующего сигнала, который служит для компенсации натяжения ленты, перекоса, детонации и т. д. Применение системы многоканальной передачи с двойной частотной модуляцией (ЧМ—ЧМ) по стандартам МГТ* позволяет на каждой из оставшихся 12 дорожках обрабатывать сигналы от 18 датчиков, получая всего 216 записей данных, при условии, что час­ тота сигналов не превышает стандартные, допустимые МГТ зна­ чения. Система многоканальной передачи с тройной ЧМ позволяет

Рис. 8.3. Системы цифровой записи [1].

еще больше увеличить число информационных дорожек, записы­ ваемых на одну ленту, если частота данных достаточно низка. Система записи с однополосной и частотной модуляцией (ОМ—ЧМ) может быть также применена при записи на магнитную ленту, если частотное содержание сигнала укладывается в интервал за­ писи 30—3000 гц ОМ—ЧМ-системы.

Цифровая запись. Цифровая запись на магнитную ленту широко используется в системах обработки информации и в цифровых вы­ числительных машинах. Цифровые (или буквенные) данные запи­ сываются в двоичном виде с помощью нулей и единиц.

Цифровая запись производится намагничиванием ленты до на­ сыщения в любом из двух возможных направлений (+ или —) в дискретных позициях вдоль длины ленты. Четыре обычно исполь­ зуемых метода записи нулей и единиц описаны Вебером [1].

1. М е т о д с в о з в р а т о м к с м е щ е н и ю (ВС). Лент намагничивается до насыщения в одном направлении при записи

214