Материал: Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем

При разрешении работы и появлении импульсов на тактовом вхо­де счетчик DD1 начинает «обратный» отсчет времени и помимо этого будет прерывисто светиться индикатор HL2, означающий, что прибор недавно был в состоянии «ТРЕВОГА». Введение подобного таймера объясняется тем, что момент срабатывания очень не продолжителен, и вы­яснить, какой именно прибор сработал, практически невозможно.

Питание устройства осуществляется от внешнего источника с вы­ходным напряжением от 10 до 26 В. В устройстве предусмотрен свой соб­ственный стабилизатор на DA1 (с выходным напряжение 9 В), кото­рым собственно и питается само устройство.

Особенностью данного устройства является малая цена в сравнении с аналогами при достаточно высоких характеристиках и надежности.

Список литературы

1. Статья о датчике – Электр. Дан. – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Датчик

2. Охранная сигнализация и ее датчики – Электр. Дан. – Режим доступа: http://poremontu.ru/arcticles/ohrannaya-signalizatsiya-i-ee-datchiki

3. Проектирование и технология радиоэлектронных средств: разработка конструкции изделий РЭС: учеб. пособие / И.А. Злобина, В.А. Муратов, Л.С. Очнева, А.А. Соболев. Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2006. Ч. 1. 153 с.

4. Пирогова Е.В. Проектирование и технология печатных плат: учебник / Е.В. Пирогова – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. 560 с.

5. Проектирование и технология радиоэлектронных средств: проектирование технологии изготовлении изделий РЭС: учеб. пособие / И.А. Злобина, В.А. Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2005. 145 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

С.П. Теплинских, И.В. Андреев

Акселерометр на поверхностных акустических волнах

Акселерометр на поверхностных акустических волнах предназначен для измерений линейных ускорений.

Акселерометры на поверхностных акустических волнах (ПАВ) представляют собой перспективный класс микроакселерометров фазового и особенно частотного типа, позволяющих реализовать высо­кий уровень конструктивной интеграции, обеспе­чить высокую устойчивость к внешним возмуще­ниям, возможность существенного сокращения числа деталей и соединений между ними [1]. Они обеспечивают возможность перекрытия без ком­пенсации широкого рабочего диапазона ускорений (до 10g) при частотной форме выходного сигнала.

Акселерометр (рисунок 1) представляет собой монолитную квазисимметричную конструкцию из двух консольных балок 1 и 3 с инерционным грузом 4 на конце подвижной балки. На поверхности консольных балок 1 и 3 располагаются линии задержки 2 (ЛЗ) на основе встречно-штыревых преобразователей (ВШП) [3].

Для погашения объемных акустических волн и увеличения точности измерения ускорения акселерометром подвижная пластина 3 имеет изменяющееся сечение (косой срез).

Схема ЛЗ изображена на рисунок 2. Балки 1 и 3 исполняют роль звукопроводов. Одна консоль является опорной (эталонной), и для того, чтобы избежать ее деформации под действием ускорения, она приклеена к опоре, которая в свою очередь крепится к корпусу. Система имеет два входных (6) и два выходных (7) ВШП для реализации схемы с частотным выходным сигналом (Δf). На схеме показана также опора 5, на которой будет располагаться акселерометр. Ось чувствительности направлена перпендикулярно консольным балкам 1 и 3, плоскости опоры 5 и совпадает с направлением оси z.

Рис. 1. Акселерометр с частотным выходом

Рис. 2. Структурная схема линии задержки, содержащая два идентичных встречно-штыревых преобразователя

Для расчета линии задержки использовался современный COM метод [2], результаты которого близки к экспериментальным результатам. Факторы: аподизация, неоднородное распределние поверхностно­го заряда на электродах структуры – достаточно просто могут быть учтены в рам­ках модифицированного COM метода, оперирующего элементарным звеном структуры (одним электродом ВШП). Параметры ПАВ структуры в целом (ВШП, ОС или их произвольной комбинации) определяются путем перемножения соответствующих Р-матриц отдельных электродов (как это делается в обычной теории четырехполюсников с использованием матрицы рассеяния.

В основу построения чувствительных элементов на ПАВ положена зависимость их скорости от деформации подложки, которая в свою очередь зависит от ускорения [5]. На поверхности балок располагаются линии задержки, выполненные методом обратной фотолитографии, на основе встречно-штырьевых преобразователей. Между ВШП отдельных линий задержки располагаются экраны для уменьшения электромагнитной наводки.

В качестве материала звукопровода выбран кварц ST-среза с ориентацией подложки и направлением распространением – YXl/42,75⁰, причем верхняя поверхность звукопровода должна быть полирована [4]. Кварц ST-среза обеспечивает максимальную температурную стабильность сигнала в рабочем интервале температуре. Отдельно была разработана конструкция корпуса акселерометра, куда входят отдельные элементы: крышка, основание, бусы, выводы. Корпус выполнен из прецизионного сплава Лента 47НД-М-0-1.5 (медно-никелевая лента). Основание корпуса выполняется штамповкой, крышка вытяжкой. Корпус акселерометра имеет 7 выводов, один из которых земляной. Выводы, выполненные из прецизионного никель-кобальтового сплава, изолированы стеклянными бусами. Материал корпуса, выводов и бус выбирался с учетом их температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР). Герметизация корпуса осуществляется лазерной сваркой.

Технико-экономического анализ показал, что новое устройство обладает достаточно высокими функциональными и техническими характеристиками, поэтому акселерометр на ПАВ будет конкурентоспособным в условиях рыночной экономики. Представленная конструкция акселерометра позволяет использовать его в составе современной бортовой радиоаппаратуры.

Литература

1 Андреев И.В. Устройства частотной селекции на поверхностных акустических волнах для беспроводных и мобильных технологий: учеб. пособие для вузов / И.В. Андреев, А.И. Андреев. – Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2010. – 168 с.

2 Дмитриев В.Ф. Теория связанных волн – универсальный метод расчета устройств на поверхностных акустических волнах / В.Ф. Дмитриев. – Спб.: Жур. технической физики, Т. 10. №10. 2004. – 8 с.

3 Лукьянов Д.П. Микроакселерометр на поверхностных акустических волнах / Д.П. Лукьянов. – СПб. ГЭУ: Жур. Элементы МСТ и микросистемы, №2.2001. – 7 с.

4 Морган Д. Устройства обработка сигналов на поверхностных акустических волнах: пер. с англ. / Д. Морган. – М.: Радио и связь, 1990. – 416 с.

5 Распопов В.А. Принципы построения и конструкции акселерометров / В.А. Распопов. – М.: Жур. Датчики и системы, №7.2005. – 12 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

А.Б.Карпелянская, В.А. Кондусов

Стробоскопический тахометр

Стробоскопический тахометр предназначен для бесконтактного измерения частоты вращения.

В настоящее время тахометры нашли широкое применение для контроля частоты вращения коленчатого вала двигателей внутреннего сгорания практически на всех типах транспортных средств: автомобилях, тракторах, тепловозах, судах, самолётах, применяются для контроля частоты вращения рабочих органов технологических машин, могут использоваться в качестве счетчика импульсов, например, при подсчете продукции на конвейере, расхода сырья, материалов, времени наработки оборудования, машин и механизмов при испытаниях и обкатке.

Стробоскопические тахометры позволяют измерять скорость видимых, но труднодоступных объектов, в том числе скорость маломощных объектов без всякого воздействия на них со стороны прибора, а также можно измерить частоту колебаний объекта.

Стробоскопический тахометр разрабатывался в первую очередь для лабораторных работ по исследованию характеристик микроэлектродвигателей малых мощностей, но так же может использоваться в качестве и счетчика импульсов на конвейере, в автомастерских для начальной установки момента зажигания, на заводах машиностроения и приборостроения, для ремонта и наладки технологических машин и станков.

Структурная схема тахометра представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Структурная схема стробоскопического тахометра

Принцип работы следующий: устройство вырабатывает короткие вспышки света, частоту повторения которых можно регулировать от 2,5 до 100 Гц, что позволяет визуально «остановить» одиночную метку, нанесенную на объект, вращающийся с частотой от 150 до 6000 об/мин. Именно в этих единицах установленное значение частоты выводится на цифровой индикатор прибора.

Тахометр собран на микроконтроллере DD1(микросхема Attiny 2313), тактовая частота которого (10 МГц). Вывод сигналов происходит через усилители (транзисторы VT1, VT2. VT4, VT5), которые подключены к индикатору HG1 (RL-F5620GDBW). Одновременно с переключением знакомест индикатора микроконтроллер проверяет состояние кнопок SB2—SB5. Их контакты подключены к входу микроконтроллера. Нажатиями на эти кнопки изменяют частоту импульсов, формируемых микроконтроллером на выходе. Сразу после включения питания или нажатия на кнопку SB1 частота импульсов на этом выходе равна 25 Гц (1500 мин^-1). Для генерации импульсов программа настраивает шестнадцатиразрядный таймер микроконтроллера на работу, который увеличивает длительность этих импульсов до 2 мс. Импульсы с выхода таймера, усиленные транзистором VT3, поступают на излучающий диод EL1.

Питание осуществляется от батарейки типа «крона» либо от внешнего источника питания.

Конструкция.

ЭРЭ стробоскопического тахометра размещаются на двусторонней печатной плате. Печатная плата изготовлена комбинированным позитивным методом из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита марки СФ-2-35-1,5. Получение печатных проводников осуществлено сеточно-графическим способом. Конструкция печатной платы позволяет применять при производстве типовые технологические процессы. Выбранный материал для изготовления печатной платы сохраняет свои свойства при температурах от –60 до 150°С. Электрорадиоэлементы располагаются с двух сторон печатной платы.

Корпус покупной (G1202), доработан в соответствии с конструкцией. В комплект к тахометру предоставлены: сетевой адаптер (БПС-9-0,35А) и светодиодный фонарик (Camelion 0307), которые вместе с тахометром уложены в сумку PC PET Panorama 2903.

При анализе рынка и по экономическим расчетам было установлено, что данный стробоскопический тахометр является конкурентоспособным в современных экономических условиях, более того, он превосходит по экономическим показателям своего конкурента – стробоскопический тахометр testo DT2240B стоимостью 6500 р. Стоимость же разрабатываемого тахометра составляет 1961 р. Кроме этого, стробоскопический тахометр превосходит абсолютно всех конкурентов по массе, которая составляет 0,1 кг, тогда как вес самого «легкого» конкурента составляет 0,9 кг; также ни один конкурент не дает возможности подключения к внешнему источнику питания, т. е. питаются либо от батареек (3-4 штуки типа ААА) либо от аккумуляторов и ни у одного конкурента не имеется дополнительного осветителя, что не позволяет работать с устройством при плохом освещении.

Эти особенности являются «изюминкой» стробоскопического тахометра и, несомненно, привлекают потребителя не только по функциональным возможностям, но и «не бьют по карману» экономически.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

И.В. Попова, А.В. Турецкий

КОНСТРУКЦИЯ БЛОКА ПИТАНИЯ ДЛЯ ВОЗИМОЙ РАДИОСТАНЦИИ

Рассматривается принцип раьоты и конструктолрское решение блока питания для возимой радиостанции

Блок питания - сердце любой системы радиосвязи в которой есть базовые ра­диостанции или ретрансляторы. Блоки питания бывают: настольные, для установки в стойку, с возможностью подключения резервной батареи, встраиваемые в корпуса машин или в корпуса самих радиостанций и т.д. [1].

Главное назначение блоков питания - преобразование электрической энергии, поступающей из сети переменного тока, в энергию, пригодную для питания радио­станций.

В статье рассматриваются вопросы разработки компактного и надежного встраемого блока питания для возимой радиостанции, с учетом требований современного производства и технологии.

Разработанный блок питания отличается наличием современной элементной базы, усовершенствованной конструкцией и улучшенными электрическими характеристиками по сравнению с аналогами, чем и определяется актуальность темы.

Блок питания является составной частью возимой радиостанции. Данная радиостанция предназначена для обеспечения дуплексной свя­зью абонентов подвижных объектов в сетях радиоподвижных систем связи на тер­рито­рии Российской Федерации.

Блок РТ-36ПТ питается от бортовой сети постоянного тока с зазем­ленным минусом напряжением от 10,8 до 15 В с уровнем пульсации до U_эфф = 300 мВ.

Блок РТ-36ПТ имеет соединитель для подключения приемо-передатчика с устрой­ством автоматики и коммутации, с параметрами выходного напряжения:

- 12 В (I_потр ≤ 8А, с уровнем пульсаций до U_эфф= 50 мВ);

- 6 В (I_потр ≤ 1,5 А, с уровнем пульсаций до U_эфф= 50 мВ).

Блок РТ-36 ПТ включается с пульта управления. Включение происходит при замыкании автомата защиты сети S1 и реле К1.

Схема электрическая принципиальная блока питания состоит из основной печатной платы А1, двух модулей питания G1 и G2, двух модулей фильтров Z1 и Z2 и автомата защиты сети S1.

Унифицированные источники вторичного электропитания в модульном исполнении (далее модули) G1 и G2 с питанием от сети постоянного тока напряжением 12 В представляют собой стабилизированный преобразователь с галь-ванической развязкой между входом, корпусом и выходом. Частота преобразования находится в пределах от 90 до 120 кГц.

Модули имеют защиту от превышения напряжения на выходе. Защита модуля G1 срабатывает при превышении величины выходного напряжения на 20 %, а мо­дуля G2 – на 50 % от его номинального значения.

Модули имеет защиту от короткого замыкания в цепи нагрузки с последую­щим автоматическим возвратом в режиме стабилизации напряжения после снятия короткого замыкания.

Z1 и Z2 – сверхминиатюрные изолированные DC/DC модули электропитания. Их максимальная входная мощность достигает 40 Вт. При этом модули способны работать в широком диапазоне температур ( от минус 60 до плюс 125 ⁰С). Они имеют один гальванически развязанный выходной канал, могут включаться и вы­ключаться по команде, имеют полный комплекс защит от перегрузки по току, ко­роткого замыкания, перегрева, могут включаться параллельно и последовательно по выходам.

Модули Z1 и Z2 уменьшают помехи (пульсации) модулей G1 и G2 соответст­венно.

Электрическая защита реализована на силовых микросхемах D1-D4, выключающих нагрузку, подключенную к Х6-Х9. Работа каждой нагрузки индуцируется светодиодами HL6-HL9.

Дроссели L1, L2 и конденсаторы C1, C2, C3, C4, C6, C7 предназначены для дополнительной фильтрации.

Блок защищен от перегрузки диодом VD1.

Х2 и Х3 – разъемы для телефонной трубки. При поднятии трубки отключаются все нагрузки.

Х6 – Х9 – дополнительные нагрузки, в которые можно подключать магнито­фоны, рации, различные зарядные устройства.

Для защиты устройства от перегрузки по току или от перегрева в блоке установлены самовосстанавливающиеся предохранители F1-F4. Прин­цип их работы основан на свойстве резко увеличивать свое сопротивление под воз­действием проходящего тока или температуры окружающей среды и автоматически восстанавливать свои первоначальные свойства после устранения этих причин.

Рис. 1. Схема электрическая принципиальная блока питания

Полимерный самовосстанавливающийся предохранитель представляет собой матрицу из непроводящего ток полимера, смешанного с техническим углеродом. В холодном состоянии полимер кристаллизован, а пространство между кристаллами заполнено частицами углерода, образующими множество проводящих цепочек. Если через предохранитель начинает протекать слишком большой ток, он начинает нагреваться, и в какой-то момент времени полимер переходит в аморфное состояние, увеличиваясь в размерах. Из-за этого увеличения углеродные цепочки начинают разрываться, что вызывает рост сопротивления, и предохранитель нагревается еще быстрее. В конце концов сопротивление предохранителя увеличивается настолько, что он начинает заметно ограничивать протекающий ток, защищая таким образом внешнюю цепь. После устранения замыкания, когда протекающий ток снизится до исходного значения, предохранитель остывает и его сопротивление возвращается к начальному значению.

Рис. 2. Схема электрическая принципиальная печатной платы

Конструирование РЭА зависит от большого количества факторов, основными из которых являются: функциональное назначение аппаратуры, объект установки, условия эксплуатации, эксплуатационные требования, производственно-технологические требования, экономические показатели [3].

Так как блок питания будет использоваться для питания радиостанции, то он должен строго соблюдать габаритные показателя, хотя устройство относится к возимой (машина, вертолет) группе, то следовательно, ее массогабаритные показатели являются далеко не последними. Программа выпуска блока терморегулирования составляет 50 изделий в год. Конструкция должна быть разработана так, чтобы изделие было технологичным при указанной программе выпуска обеспечивать минимально возможную массу.

Необходимо отметить, что при создании несущих конструкций следует придерживаться правил:

- выполнять все элементы конструкции равнопрочными без большого запаса по прочности;

- обеспечивать высокую жесткость способами, не требующими увеличения массы;

- упрощать несущую конструкцию до наименьшего числа деталей;

- широко применять легкие сплавы и пластмассы;

- выбирать рациональную форму профилей несущих конструкций;

- вводить в детали различные отверстия, выемки, проточки, чтобы избежать лишнего материала, не несущего нагрузки;

- вводить в тонколистовые детали отбортовки и выдавки, позволяющие повысить жесткость конструкции;

- использовать гальванические и лакокрасочные покрытия, имеющие минимальную массу.

К корпусу блока питания предъявляются достаточно высокие требования. Он должен обеспечивать: жесткое закрепление плат и соединения их выводов с переходами, предназначенными для связи с внешними цепями; защиту плат и ЭРЭ от механических, климатических и других воздействий; экранирование схемы от внешних электромагнитных излучений и наводок.

Основываясь на этих требованиях, а также на сложившемся подходе к конструктивному исполнению изделий РЭС, с учетом унификации, нормализации и технологичности целесообразно выполнить блок питания в виде разъемной конструкции прямоугольной формы, обеспечивающей простоту и надежность установки.