Диссертация (1137175), страница 17
Текст из файла (страница 17)
В соответствии с принципом эквипотенциальности входов ОУ и неответвления токов выходное напряжение ОУDA2 установится так, что ток 2 фотодиода будет равен: 2 =6(4.2)Так как фотодиоды оптопары идентичны, то ток 1 фотодиода равентоку фотодиода, включённого по входной цепи ОУ DA2 1 = 2 . Поэтомуможно приравнять выражения (4.1) и (4.2) и выразить отсюда напряжениена выходе усилителя: =( + − 1 )63 + 4(4.3)Коэффициент усиления УПТ будет равен:=6= + − −3 + 4(4.4)Таким образом выражение (4.4) позволяет определить коэффициент усиления схемы УПТ. При 3 + 4 = 6 коэффициент усиления равен единице.Схема трансформируется в повторитель с опторазвязкой.В ходе исследований был изготовлен макет УПТ.
В качестве ОУ использовался ОУ общего применения LM358 [33]. Номиналы резситоров в цепи118обратной связи были выбраны равными R6=126 кОм, R3=R4=35кОм. Рассчитанный по выражению (4.4) коэффициент усиления составил K=1,78.Схема показала хорошее согласование экспериментальных данных с результатами расчётов. Схема тестировалась при применении одиночных диодных оптопар отечественного производства АОД101. При этом желателенподбор оптопар для обеспечения равенства 1 = 2 .
Если использоватьоптопары без предварительного отбора, то коэффициент усиления не будетсоответствовать рассчитанному по выражению (4.4). Зависимость выходногонапряжения от входного для макета УПТ показана на рис.4.8.3.5K=1.78Напряжение выхода, В32.521.510.5000.20.40.6 0.811.2Напряжение входа, В1.41.61.8Рис. 4.8. Зависимость выходного напряжения от входного для макета УПТИз графика видно, что схема обеспечивает хорошую линейность по сравнению со схемой без включения оптопары в цепь обратной связи.
Коэффициент усиления K изменяется в крайних точках характеристики в пределах от1,72 (вблизи нуля) до 1,77.Для достижения наилучших характеристик схемы рекомендуется использовать ОУ класса Rail-To-Rail.119Достоинством разработанной схемы перед схемами с УПТ и с ШИМ является отсутствие просачивания тактовой частоты во входную цепь, т.к. преобразования постоянного тока в переменный здесь отсутствует.
Коэффициентусиления схемы зависит только от номиналов элементов цепи обратной связи. Недостатком данного УПТ является линейность меньшая, чем у схем сиспользованием АЦП. Для преодоления данного недостатка необходимо применять подбор оптопар.4.5. Применение разработанного электрометра дляисследования электризации кабелей4.5.1. Цель исследованийЦелью данного исследования является анализ склонности к электризации кабелей, жгутов и проводов, применяемых в бортовой аппаратуре КА.Анализ произведён на этапе производства. Исследования проводились в МИЭМ НИУ ВШЭ в рамках ОКР «ДВИНА — КВТК» [56].Накопление заряда кабелями может привести к кабельному ЭСР (КЭСР)при последующем контакте их с аппаратурой.В ходе исследований необходимо произвести измерения статического потенциала и заряда, которые могут накопить кабели, жгуты и провода в ходетехнологического процесса их монтажа в аппаратуру.
Также необходимо измерить характеристики стекания заряда.Для проведения указанных измерений на кафедре РЭТ МИЭМ НИУВШЭ разработан специальный комплекс аппаратуры. Основным устройствомкомплекса является электрометр оригинальной конструкции, разработанныйв ходе данного диссертационного исследования. Применяемая методика контроля статических потенциалов и характеристик стекания зарядов должна120быть оптимизирована для использования в условиях цехов и лабораторийприборостроительных предприятий.4.5.2.
Аппаратура и методы, применявшиеся при исследованияхСтенд для исследования электризации кабелейК задачам, которые должен решать лабораторный комплекс для исследования электризации кабелей относятся:1. Измерение максимальной величины приобретаемого кабелем статического потенциала2. Измерение величины зарядов, накапливаемых кабелем3. Запись на персональный компьютер процессов накопления и стеканиязарядов с кабелей.
Данные процессы затем представляются в графическом виде.4. Измерение эквивалентной ёмкости бухты кабеляДля выполнения вышеперечисленных задач в состав стенда должны входить следующие приборы:1. ЭлектрометрИспользуется электрометр на лампах в обращённом режиме оригинальной конструкции. Достоинством данного прибора является простота вэксплуатации хорошая устойчивость к перегрузкам по входной цепи (до10 кВ).2. Источник питания121Должен обеспечивать стабилизированное выходное напряжение 5 В дляпитания электрометра.
Необходимыми характеристиками обладает любой лабораторный источник питания (Б5-44, Б5-71, Б5-47 и т.п.).3. Устройство сопряженияОбеспечивает преобразование в цифровой поток трансляцию данных измерений от электрометра к персональному компьютеру (ПК). Входнымсигналом является аналоговый сигнал, снимаемый с выхода электрометра.
Устройство сопряжения должно обеспечивать гальваническую развязку аналогового сигнала между выходом электрометра и своим входом. Устройство сопряжения содержит микроконтроллер (МК) с аналогово-цифровым преобразователем (АЦП).4. Персональный компьютерПК используется для обработки данных измерений и представления ихв графическом виде.Было изготовлено два опытных образца прибора, отличающихся использованием разных ламп (6Н23П и 6Ж38П).Фотографии опытных образцов показаны на рис.
4.9 и 4.10. В дальнейшем по ходу изложения электрометр на лампах 6Ж38П, показанный нарис.4.9, будем называть электрометр №1, а электрометр на лампах 6Н23П,показанный на рис. 4.10, будем называть электрометр №2.Электрометр, показанный на рис.4.9, имеет разборную конструкцию щупа. Поэтому у данного прибора параллельно входу можно подключать конденсаторы известной ёмкости и варьировать коэффициент деления емкостногоделителя. Электрометр №1 имеет предел измерения 20 В без емкостного делителя и до 1200 В с емкостным делителем при подключении дополнительныхконденсаторов параллельно входу.122Рис.
4.9. Электрометр №1 на лампах 6Ж38ППри проведении исследований использовался дополнительный конденсатор КМ ёмкостью 430 пФ. Вместе со входной ёмкостью электрометра 68 пФ,которая определяется в основном длиной коаксиального кабеля, он образуетвходную ёмкость равную 500 пФ.Электрометр, показанный на рис. 4.10 отличается тем, что имеет неразборную конструкцию щупа с емкостным делителем. Такой прибор удобно использовать в цехах и полевых условиях, т.к.
он проще в эксплуатации. Электрометр №1 имеет предел измерения 25 В без емкостного делителя и до 250В с емкостным делителем. Но предел измерений у него не будет перестраиваемым.Конструкцию неразборного щупа с емкостным делителем поясняет рис.4.11.123Рис. 4.10. Электрометр №2 на лампах 6Н23ПДля проведения исследований электризации кабелей служит стенд, состоящий из электрометра, источника питания, устройства сопряжения и персонального компьютера (ноутбука). В ходе исследований использовались дваэкземпляра стенда, имеющие незначительные конструктивные и схемотехнические отличия.Фотография первого варианта стенда показана на рис.4.12.Фотография второго варианта стенда показана на рис.4.13.4.5.3.
Методика обработки данных экспериментовПредставляет интерес выполнить исследований накопления и стеканиязарядов кабелей. При этом мы выявим наиболее склонные к электризации124Рис. 4.11. Неразборный щуп электрометра с емкостным делителем.кабели и провода и наиболее неблагоприятные условия для накопления зарядов.Процессы накопления и стекания зарядов обычно представляются в виде графиков зависимости статического потенциала, либо заряда от времени.Получить такие графики можно ли встроив в электрометр электронный самописец с графическим дисплеем, либо используя устройство для трансляциирезультатов измерений на персональный компьютер (ПК) и применяя стандартное ПО для обработки данных эксперимента.Нами был выбран второй способ, так как использование встроенного вприбор электронного самописца хотя и обеспечивает лучшую наглядностьпроцесса измерений, но имеет ограничения по качеству получаемого результата.Структурная схема стенда показана на рис.4.14.Устройство сопряжения на рис.4.14 является модулем гальваническойразвязки аналоговых сигналов оригинальной разработки.
Его схемотехникаописана в публикации [67].125Рис. 4.12. Фотография стенда для исследования электризации кабелей. ИП — источникпитания, ЭМ — электрометр, НБ — портативный компьютер (ноутбук), УС — устройствосопряжения.Модуль оцифровки выполнен на базе отладочной платы MSP430-Launchpad.Плата содержит микроконтроллер MSP430G2553 со встроенным 10-разрядным АЦП и преобразователь USB/UART. Серия МК MSP430 является цифроаналоговыми МК и предназначена специально для построения систем сАЦП. Связь с ПК осуществляется по интерфейсу USB при помощи преобразователя USB/UART.
Работа с модулем оцифровки осуществляется черезвиртуальный COM-порт. Управляющая программа МК осуществляет усреднение данных, получаемых с АЦП по 8 выборкам. Усреднение производится сцелью устранения влияния шумов и помех на результат. Внешний вид модуля126Рис. 4.13. Фотография стенда для исследования электризации кабелей. ИП — источникпитания, ЭМ — электрометр, УС — устройство сопряжения.ИсследуемыйкабельЭлектрометрУстройствосопряМодульоцифровкиПКженияРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
