Диссертация (1143140), страница 53
Текст из файла (страница 53)
При непосредственном участии автораразработаны радиотехнические ППУ оптико-электронных систем волоконно-оптическихтелевизионных модемов студийного качества и видеонаблюдения производственного объекта,автоматических газоанализаторов на основе эффекта проявления МоЯК, рентгеноабсорбционных сепараторов алмазосодержащих руд, включающих фотоприемные устройства,фотометры,оптимизированныеакустоэлектронныеустройстванаПАВ,детекторырентгеновского излучения, блоки управления, регистрации и обработки информации (УРОИ).Их внедрение в промышленно эксплуатируемые системы способствовало развитиюотечественной элементной и технологической базы, разработке и выпуску конкурентноспособных ППУ, расширению номенклатуры изделий.Наиболее важными результатами, полученными в ходе диссертационного исследования,являются:1.Разработанная методика расчета коэффициента шума предусилителей фотоприемныхустройств ППУ с отрицательной обратной связью через известный коэффициент шумаусилителя без обратной связи позволяет использовать выражения коэффициента шумаусилителей для расчета чувствительности фотоприемных устройств ППУ методомэквивалентных канонических шумовых схем.2.Разработанный метод эквивалентных канонических шумовых схем формализован ираспространён на случаи использования в фотоприёмных устройствах ППУ усилителейна биполярных транзисторах с гетеропереходом (HBT), псевдоморфных транзисторов свысокой подвижностью электронов (PHEMT), арсенид-галлиевых полевых транзисторов(GaAs FET) в микроволновом диапазоне.3.Результаты теоретических расчётов чувствительности фотоприемных устройств ППУнаходятся в хорошем соответствии (с точностью до 5÷10 %) с экспериментальнымизначениями, как полученными в процессе собственных исследований автора работы, таки опубликованными другими исследователями для широкого спектра используемых в263ФПУ активных элементов (биполярные транзисторы, полевые транзисторы, транзисторыс гетеропереходом, псевдоморфные транзисторы).
Разработанная методика расчётачувствительностиуспешноиспользоваласьприпроектированиицелогорядаотечественных ФПУ на НПО «Авангард», в СПбПУ, в НПО «Волна», в МГП «Ротек», в«Фобос-3» и др.4.Форма амплитудно-частотной характеристики фотоприемного устройства ППУ можетбыть представлена двухполюсной моделью вида Ztr Z 0 tr1 m2, где τ –2 2постоянная времени ФПУ и m - коэффициент автокоррекции АЧХ. Существуют методики[96] приближенного расчета цепей, которые позволяют свести характеристическоеуравнение высокого порядка к уравнению второго порядка, то есть к двухполюсноймодели. В диссертации с помощью теории вычетов функции комплексной переменнойвпервые получена зависимость чувствительности фотоприемного устройства ППУ отпараметров АЧХ τ и mPpin фотоприемного устройства в простом компактном видеSNR kT C D.
Полученное выражение позволяет оптимизировать параметрыS 3mФПУ с целью достижения компромиссных требований по чувствительности ибыстродействию фотоприемного устройства ППУ.5.Разработанная методика расчета чувствительности фотоприемных устройств позволяетопределять значение минимальной детектируемой девиации фазовой модуляциирадиотехнических ППУ фазомодулированных оптических сигналов, характеризующейфундаментальное ограничение шумами ФПУ, с точностью до 5 ÷ 10 %, что позволяетосуществлять обоснованный выбор параметров ФПУ для удовлетворения техническимтребованиям к радиотехническим ППУ фазомодулированных оптических сигналов сучетом применения в оптической схеме мультиплексирования сигналов несколькихдатчиков физических величин.6.Передаточная характеристика ППУ оптико-электронных систем с интегрированиемфототока характеризуется двухполюсной моделью.
В отличие от фотоприемныхустройств без интегрирования фототока, где автокоррекция АЧХ позволяет расширитьрабочую полосу частот фотоприемного устройства ППУ, в фотоинтеграторе требуетсямаксимально приблизить режим работы к идеальному интегратору. В диссертацииопределено такое условие в виде Tint C И Сd Cоу. В измерительных ППУ оптико11 1С ИRd Rоуэлектронных систем данное условие должно неукоснительно соблюдаться.2647.В отличие от фотоприемных устройств ППУ измерительного типа (например, ППУоптико-электронной системы газоанализатора на основе эффекта МоЯК) находятприменение ППУ, назначением которых является обнаружение превышения уровнясигнала над средним значением.
Для таких ФПУ требования по искажениям сигналаявляются второстепенными, а на первый план выходят требования по чувствительности ибыстродействию. Примером таких ППУ может служить разработанное ППУ рентгеноабсорбционного сепаратора с пониженным значением времени интегрирования присохранении требуемой чувствительности сепаратора. В этом случае необходимоприменять полные выражения для расчета чувствительности ФПУ интегрирующего типа,полученные в диссертации.8.Чувствительность к световому потоку фотоприемных устройств ППУ оптикоэлектронных систем с интегрированием фототока может быть определена методомэквивалентных шумовых схем на основе временных представлений с использованиемсвертки автокорреляционной функции и импульсной характеристики цепи.9.Происходящее в ППУ рассеяние электромагнитной волны оптического диапазоначастицами аэрозоля, образованного в конденсационных устройствах газоанализатора наоснове эффекта проявления МоЯК, имеет интерференционный немонотонный характер.При этом интенсивность рассеянного поля в направлении «вперед» значительно(примерно в 100 раз) превышает величину интенсивности в обратном направлении иубывает с увеличением длины волны оптического излучения и угла светорассеивания.10.
Интенсивность рассеяния электромагнитной волны оптического диапазона воздухом вфотометрируемом объеме ППУ газоанализаторов на основе эффекта проявления МоЯКмаксимальна и одинакова в направлениях угла рассеяния 0° («вперед») и 180° («назад») и4минимальна при углах рассеяния 90°, резко уменьшается (~ 1 ) с увеличением длиныволны оптического излучения и по своему значению сопоставима со светорассеяниемаэрозольными частицами.
В ультрафиолетовой области оптического излучения равенствомощностей светорассеяния воздухом и аэрозольной частицей достигается при меньшихуглах светорассеяния, чем в видимой и инфракрасной области.11. Минимально измеряемая фотометром ППУ газоанализатора на основе эффектапроявления МоЯК концентрация аэрозольных частиц лимитируется интенсивностьюфоновой паразитной засветки фотоприемного устройства ППУ светом, рассеяннымэлементами (стенками, световыми ловушками и шторками) аэрозольной камерыфотометра. Экспериментально определено компромиссное значение угла рассеянияθ=40÷45°, который обеспечивает достаточную мощность рассеянного одной частицейсвета и достаточно малое значение паразитной засветки фотоприемного устройства.26512.
Интенсивность рассеяния аэрозольной частицей при оптимальном угле наблюдения всегов три раза превышает интенсивность рассеяния воздухом в фотометрируемом объемеаэрозольной камеры ППУ газоанализатора на эффекте проявления МоЯК и в 1015 разпревышает светорассеяние самой молекулы детектируемой примеси.13.
Экспериментально измеренные значения мощности светорассеяния аэрозольнымичастицами и воздухом в фотометрируемом объеме малогабаритного аэрозольногофотометра всего на 8 ÷ 10% превышают теоретически рассчитанные, что длятермодинамических величин, каковыми являются молекулярное светорассеяние воздухоми аэрозольными частицами, можно считать измерениями с высокой степенью точности.14. Использование ФЭУ и интегратора в составе фотоприемного устройства ППУгазоанализатора на эффекте проявления МоЯК позволяет калибровать газоанализатор посветорассеянию воздуха в фотометрическом объеме камеры нефелометра.15. Интегратор фототока оптико-электронной системы, основанный на усредненииизмеренных значений тангенса угла наклона зависимости фототока от времени, позволяетрегистрировать фототоки светорассеяния аэрозольными частицами на уровне десятковфА, при этом динамический диапазон ППУ составляет 160 дБ.16.
Программно-аппаратный микропроцессорный блок управления, регистрации и обработкиинформации (УРОИ), осуществляющий установку режимов, измерение, визуализацию,контроль температур и обработку фототока светорассеяния аэрозольными частицамиобеспечивает автоматическое измерение концентрации вредных веществ с точностью до1÷2 %.17. Улучшение конструкции малогабаритного аэрозольного фотометра и оптико-электроннойчасти ППУ позволили достигнуть предела обнаружения целевого компонентагазоанализатора на основе эффекта проявления МоЯК на уровне спонтанной нуклеацииядрообразования, а не предельной чувствительности ППУ оптико-электронной системы,что составляет для определенных классов вредных веществ значение вплоть до 0,05 ÷ 0,1предельно-допустимой концентрации (ПДК).18. Использование противошумовой коррекции в малошумящем транзисторном усилителе сОБ позволяет снизить шумы усилителя настолько, что спектральная плотность мощностишума ВШП до 5 ÷ 7 раз превосходит значение спектральной плотности мощности шумасобственного усилителя.
Оптимизация параметров пьезоплаты и входного каскадаусилителя дает возможность снижения коэффициента шума микросборок радиочастотныхлиний задержки и фильтров на ПАВ со встроенными транзисторными усилителями доуровня 10÷12 дБ. При этом рабочие характеристики устройств также полностьюсохраняются. Предложенный метод оптимизации по критерию максимального отношения266сигнала к шуму возможно распространить на широкий класс устройств на ПАВ, чтопотребует лишь изменения нелинейных ограничений в задаче оптимизации.19.
Использование оптимизации совокупности параметров фильтров на ПАВ и электронногообрамления по критерию минимизации уровня шума позволяет проектироватьмногоканальныеволоконно-оптическиесистемыпередачивысококачественныхтелевизионных сигналов с минимальными (на уровне -65÷70 дБ) перекрестнымиискажениями между каналами.20. Предложенная аппроксимация массовых коэффициентов ослабления электромагнитногоизлучения рентгеновского диапазона суммой двух степенных функций обеспечиваетотносительную погрешность 1% в диапазоне 1-150 кэВ. Разработанная, на основепредложенной в диссертации аппроксимации, программа расчета проникающегоэлектромагнитного излучения рентгеновского диапазона в среде LabVIEW позволяетрассчитывать спектры излучения рентгеновских трубок с различными материалами итипами анодов при различных напряжениях и токах трубок, а также спектрырентгеновского излучения после прохождения фильтров и сцинтилляторов из различныхматериаловиалмазосодержащейруды.Результатырасчетовсовпалисэкспериментальными измерениями спектрального состава излучения рентгеновскойтрубки с вольфрамовым анодом с высокой точностью (до 2÷3 %).21.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
