В статье приведена структурная схема канала измерения углового датчика, произведен выбор бескорпусной отечественной элементной базы, выполнено исследование динамических свойств контура, построен переходный процесс и АЧХ.
Ключевые слова: угловой датчик, бескорпусные радиоэлементы, АЧХ, переходный процесс.
В качестве первичной информации о вращательном движении базовых направлений в инерциальных навигационных системах могут использоваться углы, определяющие положение базовых направлений относительно некоторой псевдо инерциальной системы координат, а также угловые скорости и угловые ускорения базовых направлений относительно той же системы координат.
Актуальность разработки блока электроники углового датчика заключается в том, что проблема измерения угловых ускорений вращающихся элементов машин и механизмов является одной из наиболее важных в контрольно-измерительной технике. Машиностроение и ракетостроение, судостроение и энергетика — вот далеко не полный перечень отраслей народного хозяйства, дальнейшее развитие которых зависит от решения этой проблемы. Знание углового ускорения имеет важное значение и для решения задач навигации и управления, а также для технической диагностики и определения механических характеристик машин и механизмов в динамических режимах.
Проектируемое электромеханическое устройство является датчиком прямого измерения с маятниковым чувствительным элементом.
При действии углового ускорения подвижная масса, подвешенная на «мягких» кремниевых упругих элементах, отклоняется от исходного положения. Это отклонение приводит к небалансу емкостного моста. Функционально угловой акселерометр состоит из следующих частей: инерционной массы, включающей в себя кремниевую пластину с титановыми скобами; упругого подвеса, газового демпфера, дифференциального емкостного преобразователя перемещения инерционной массы и усилителя. Функциональная схема акселерометра изображена на рисунке 1.
Рис. 1. Функциональная схема акселерометра
ЧЭ — чувствительный элемент, ПУ — подвижный узел, ДП — датчик перемещений (датчик угла), У — усилитель,
При действии измеряемого углового ускорения на чувствительный элемент возникает момент инерциальных сил
М
, вызывающий перемещение подвижного узла ПУ на угол
Для реализации работы общий передаточной функции необходимо сформировать контур локальной обратной связи. Функциональная схема электронного преобразователя показана на рисунке 2.
Рис. 2. Функциональная схема электронного модуля
При проектировании электрической схемы для минимизации габаритов используются бекорпусные радиоэлементы и напыленные резисторы.
Микросхемы 140УД17АН1ВК (рисунок 3) представляют собой прецизионные операционные усилители с внутренней частотной коррекцией. Содержат 81 интегральный элемент. Корпус типа 3101.8–8.01.
Рис. 3. Внешний вид 140УД17АН1ВК
Напряжение питания: ±15 В ±10 %. Ток потребления: не более 6 мА. Рабочая температура: -60…+125°С.
Минимальный срок сохраняемости микросхем при их хранении:
— в отапливаемом хранилище или в хранилище с регулируемыми влажностью и температурой или местах хранения микросхем, вмонтированных в защищенную аппаратуру, или находящихся в защищенном комплекте ЗИП — 25 лет;
— в неотапливаемом хранилище — 16,5 лет;
— под навесом и на открытой площадке, вмонтированными в аппаратуру (в составе незащищенного объекта), или в комплекте ЗИП — 12,5 лет. Срок сохраняемости исчисляется с даты изготовления, указанной на микросхеме.
Керамические конденсаторы (рисунок 4) представляют собой пластинки, диски или трубки из керамики с нанесенными на них электродами из металла. Диэлектрическая прокладка достаточно прочна и является конструктивно-механической основой конденсатора. Обкладки наносят методом вжигания серебра в керамику с последующим облуживанием торцевых посеребренных мест легкоплавким припоем для пайки выводов. Для монтажа в ГИС и микросборки выпускают бескорпусные незащищенные конденсаторы, выводы которых выполнены в виде посеребренных или луженых контактных площадок.
Рис. 4. Керамические конденсаторы серии К10
765КТ3–1 (рисунок 5) — интегральная микросхема артикул согласно ГОСТ микросхемы бескорпусные используются в радиоэлектронной аппаратуре в широком спектре применения и предназначена микросхема интегральная бескорпусная для работы в качестве четырех двунаправленных переключателей.
Рис. 5. Двунаправленных переключателей 765КТ3–1
Применяется в качестве элементов составных интегральных чипов, микрочипов, блоков и аппаратуры, создающих герметичность и защищенность диодов СВЧ от влияния высокого уровня влажности, солей пыли, плесени, изморози и водяных осадков и перепадов давления. Модель прибора указывается на индивидуальной таре.
Микросхема 564ЛА7Н1 ВК (рисунок 6) — микроминиатюрное электронное устройство, все или часть элементов которого нераздельно связаны конструктивно и соединены между собой электрически.
Рис. 6. Микросхема 564ЛА7Н1 ВК
По своему функциональному назначению интегральные микросхемы делятся на две основные группы: аналоговые, или линейно-импульсные, и логические, или цифровые, микросхемы. Аналоговые микросхемы предназначаются для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний разных частот, например, для приемников, усилителей, а логические — для использования в устройствах автоматики, в приборах с цифровым отсчетом времени, в ЭВМ.
Из передаточной функции (рисунок 7) видно, что прибор в статическом режиме не работает, т. к. в этом режиме полета работает стандартный контур управления.
АЧХ канала измерения представлена на рисунке 8.
Рис. 8. АЧХ углового акселерометра
С 2 Гц до 20 Гц присутствует равномерный участок. Переходный процесс измерителя углового ускорения показан на рисунке 9.
Рис. 9. Переходный процесс
Время переходного процесса не превышает 5 с. В рамках статьи разработана функциональная схема модуля электроники, произведен выбор элементной базы. Произведен анализ динамических характеристик контура.
Литература:
- Пичугин И. Г. Технология полупроводниковых приборов / И. Г. Пичугин, Ю. М. Таиров. — М.: Высшая школа, 1984. — 288 c.
- Карантиров Н. Ф. Качество микрорельефа при анизотропном травлении кремниевых пластин ориентации (100) / Н. Ф. Карантиров. — Электронная техника, сер. 6, вып. 10, 1979. — 68–74 с.
