135525 (722182), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Известно, что стоимость годовой эксплуатации измерительной техники приблизительно ровна 15% от стоимости самого прибора. Ее величина мало зависит от интенсивности использования прибора, так как ее основными составляющими являются амортизационные отчисления, ремонтные и аттестационные затраты.
Произведем расчет одного из возможных вариантов получения экономического эффекта от внедрения разрабатываемой системы измерения параметров СВЧ сигнала
Для полноценного анализа поведения СВЧ объекта во всем диапазоне изменения частот необходимо провести измерения в определенном количестве точек (от 300 до 600 в зависимости от исследуемого диапазона входных частот), затем анализ измеренных результатов и представление их в виде графика. В зависимости от исследуемых параметров СВЧ сигнала (амплитуды, частоты, коэффициента стоячей волны (КСВ), фазы, коэффициента передачи и коэффициента отражения) измерения производятся на приборах класса Р2- или Р4-, но для простоты будем считать что время одного измерения на обоих приборах одинаково.
Для производства одного измерения на существующем оборудовании высоко квалифицированному оператору необходимо затратить около одной минуты с учетом производства простейших расчетов, занесения результата в бланк записи измерений и установки следующей входной частоты вручную. Для построения окончательной характеристики СВЧ объекта (измерение в 600 точках) ему необходимо:
600 точек 1 мин. = 600 мин или 10 час.
Предположим, что заработная плата такого специалиста составляет 1500 руб. в месяц, тогда при 255 рабочих днях в году будет произведено (если предположить, что все 8 часов в день оператор производит измерения):
255 дней 8 час/день 60 мин/час = 122400 мин
в данном случае равное числу измерений или будет построено:
122400 измерений / 600 точек = 204 характеристики;
на что будет затрачено:
1500 руб. 12 мес. = 18000 руб.
Разрабатываемая система измерений в течении одной секунды автоматически производит измерение в 600 точках и строит на экране ЭВМ необходимую характеристику. Если предположить что зарплата специалиста, работающего на новом оборудовании, будет прежней (1500 руб.), хотя квалификация его может быть ниже, чем в первом случае, то при тех же затратах в год (18000 руб.) будет построено:
255 дней 8 час/день 3600 сек/час = 7344000 характеристик
или произведены измерения в:
7344000 характеристик 600 точек = 4406400000 точках,
что в 4406400000 / 122400 = 36000 раз больше, чем в первом варианте.
Для большей наглядности с экономической точки зрения проведем подобный расчет относительно затраченных средств, то есть подсчитаем сколько потребуется времени новой системе для производства такого же числа измерений, что и старой системе за год.
204 характеристики / 1 сек = 204 секунды
Зарплата специалиста за этот промежуток времени составит:
1500 руб/мес / 22 дня/мес / 8 час/день / 3600 сек/час 204 сек = 0,48 руб.
Таким образом, повышение многофункциональности измерительной аппаратуры, а особенно дорогостоящих СВЧ приборов, превратилось не только в техническую, но и актуальную экономическую проблему.
Окончательно можно отметить, что применение нового вида приборов приведет к:
-
увеличению точности проводимых измерений;
-
уменьшению временных затрат на проведение измерений;
-
повышению универсальности нового прибора по отношению к используемым в настоящее время;
-
значительное уменьшение габаритов и массы нового измерительного комплекса;
-
повышению удобства пользования измерительной системой;
-
улучшению понимания исследуемых процессов за счет скоростной визуализации на экране ЭВМ динамически происходящих процессов;
-
возможности более универсального использования: подключение к любому персональному компьютеру через универсальную шину USB.
2Требования к разрабатываемой системе и постановка задачи
2.1Постановка задачи
Устройство должно принимать от датчика СВЧ сигнала постоянное напряжение от 5 мкВ до 3,6 В, усиливать его усилителем постоянного тока с коммутируемым коэффициентом усиления (1/4,1,4,16,64,256) и подавать на АЦП. Результат измерения АЦП передается в микроконтроллер, усредняется за 1,2,4,8 измерений, корректируется по специальной функции и предается через последовательный канал связи (SPI) для дальнейшей обработки в управляющий компьютер.
Устройство может работать как в режиме измерения, при этом должна обеспечиваться информационная производительность 2.4103 результатов в секунду, так и в режиме калибровки: определение специальной корректирующей функции.
Точность измерения (в верхней части измеряемых значений) составляет 0,1 %.
2.2Требования к разработке аппаратной части
Разработать схему устройства, выполняющего перечисленные функции на микроконтроллере ATMEL 89S8252-24QC.
Работа завершается предоставлением электрической схемы, сборочного чертежа и топологии печатного монтажа.
2.3Требования к разработке программного обеспечения
Разработать программу для микроконтроллера, обеспечивающую выполнение перечисленных функций. Результат представить в виде отлаженных текстов программ, протоколов измерения характеристик устройства в целом.
3Техническое задание
3.1Основание для проектирования
Разработка выполняется в соответствии с планом НИОКР по разработке СИ ВН на 1995 год. Начало и окончание ОКР устанавливается в соответствии с условиями договора. Цель работы – разработка нового поколения средств измерения для измерения комплексных параметров коэффициентов передачи и отражения Р4-, измерителей коэффициентов передачи и отражения Р2-, измерителей характеристик шума Х5-.
3.1.1 Состав каждого комплекта прибора и требования к конструкции
Состав комплекта каждого прибора приведен в Таблица 3 .2.
Таблица 3.2 - Состав комплектов приборов
| Наименование | Кол. | Назначение |
| 1 Блок генераторный двух канальный | 1 | Генерирование сигналов СВЧ с заданными параметрами |
| 2 Блок индикации и обработки | 1 | Управление генераторным блоком, измерение и индикации параметров |
| 3 Сменные СВЧ модули | 5 | Обеспечение измерения модуля коэффициентов передачи и отражения, комплексных коэффициентов передачи и отражения, характеристик шума |
| 4 Блок питания | 1 | Обеспечение энергопитания прибора |
| 5 Внешние СВЧ узлы | 2 | Обеспечение решения измерительной задачи Р2-, Р4-, Х5- |
| 6 Комплект ЗИП | 1 | Обеспечение технического ресурса, поверки и ремонта |
| 7 Комплект эксплуатационной документации | 1 | Обеспечение эксплуатации приборов |
| 8 Укладочный ящик | 3 | Табельная упаковка |
Примечание – Состав комплекта прибора, комплекта ЗИП и комплекта эксплуатационной документации уточняется на этапе технического проекта.
3.2Тактико-технические требования
При конструировании прибора должны выполняться требования ГОСТ В 20.39.308-76, а также других, действующих в отрасли, стандартов и нормативно-технических документов по стандартизации (НИД ПС).
Основные размеры и конструктивное выполнение прибора должны соответствовать требованиям ОСТ 4.270.000-83 и ОСТ В 4.410.020-83, а также других действующих в отрасли НТД ПС в части базовых конструкций (при возможности их использования), шрифтов, символов и сокращений терминов.
Основные размеры элементов присоединения прибора должны соответствовать требованиям ГОСТ 13317-89.
Конструкция прибора должна обеспечивать удобный доступ к элементам и составным частям, требующим регулировки и смены их в процессе эксплуатации, а также возможность замены сменных элементов и составных частей. Конструкция составных частей прибора должна обеспечивать индивидуальную замену комплектующих элементов при ремонте.
Материалы и полуфабрикаты, комплектующие изделия должны применяться по действующим стандартам и техническим условиям на них.
Выбор комплектующих изделий должен производиться из перечней, утвержденных Заказчиком и разрешенных для применения при разработке и модернизации аппаратуры народнохозяйственного назначения.
Масса прибора не должна превышать 20 кг (уточняется на стадии технического проекта).
Мощность, потребляемая прибором от сети питания, при номинальном напряжении не должна превышать 120 ВА (уточняется на стадии технического проекта).
Конструкция прибора должна обеспечивать возможность автоматизации контрольных операций, а также автоматизацию сборочно-монтажных работ.
Основные составные части прибора должны быть выполнены в виде функциональных узлов и блоков, в разъемном варианте конструктивного выполнения.
В приборе должны использоваться изделия микроэлектроники частного применения, разработанные в процессе проведения настоящего ОКР.
В конструкциях составных частей сменных печатных узлов, блоков должны быть предусмотрены приспособления, обеспечивающие их фиксацию в положении, удобном для осмотра, проверки и замены элементов при ремонте.
Все составные части прибора, контрольные точки, разъемы, выводы на печатных платах должны быть ясно и четко промаркированы (с учетом ограничений раздела 12 ГОСТ 20.39.308-76) и должна быть обеспечена возможность визуального контроля маркировки.
3.2.1Требования к параметрам и характеристикам измерителей коэффициента передачи и отражения (приборы группы Р2-).
Диапазон частот комплекта приборов должен быть от 0,01 до 37,5 ГГц. Весь диапазон должен перекрываться пятью приборами с предполагаемой разбивкой по поддиапазонам: (0,01-2,0) ГГц; (2,0-8,3) ГГц; (8,15-18,0) ГГц; (17,44-25,95) ГГц и (25,95-37,5) ГГц.
3.2.2 Режимы работы приборов группы Р2-.
а) измерение модуля коэффициентов передачи четырехполюсников;
б) измерение КСВН четырехполюсников.
Пределы измерения:
а) КСВН – 1,05 – 5,0
1,03 – 5,0 для тракта 7/3 мм в диапазоне частот (0,01 – 8,3) ГГц;
б) модуля коэффициента передачи (0–50) дБ в диапазоне частот (0,01–18) ГГц и (0-40) дБ в диапазоне частот (17,44-37,5) ГГц.
Основная погрешность отсчета и установки частоты не более Fуст10-7.
Приборы должны обеспечивать панорамный режим работы при длительности периода качания, обеспечивающей оператору нормальную работу при проведении регулировочных работ (параметры режима уточняются на этапе ТП).
Параметры, входящие в состав приборов блоков генераторных должны обеспечивать параметры приборов в целом.
Приборы должны содержать панорамный индикатор, размером не менее 140 х 160 мм.
3.2.3Пределы допускаемой основной погрешности измерений
1) КСВН 5 К% для 2< КстU<5, 3 К% для 1,05< КстU<2 диапазоне частот до 2 ГГц;
2) КСВН ( 5 К+1)% для 2< КстU<5, (3 К+1)% для 1,05< КстU<2 в диапазоне частот до 8 ГГц. Погрешность выше 8 ГГц устанавливается по результатам первого этапа.
-
модуля коэффициента передачи (0,3 0,04 Ах) дБ.
Приборы должны иметь производственно – эксплуатационный запас не менее 20% по основной погрешности установки частоты. Приборы должны сохранять свои технические характеристики в пределах норм при питании их от сети переменного тока напряжением (22022) В, частотой (501,0) Гц и содержанием гармоник не более 5%. Приборы должны допускать непрерывную работу в течение времени не менее 16 ч при сохранении электрических параметров и характеристик в пределах норм, заданных в ТТЗ. Время установления режима с момента включения должно быть для приборов всех поддиапазонов не более 30 мин во всем рабочем диапазоне температур (уточняется на стадии технического проекта). Уровень СВЧ излучений не должен быть более 10-3 Вт/м на расстоянии 1 м от прибора.
3.2.4 Требования к техническому уровню
Прибор должен иметь комплексные показатели технического уровня, сопоставимые с аналогичными показателями зарубежных аналогов того же класса и стоимости.
3.2.5 Требования к надежности
Средняя наработка на отказ (То) прибора должна быть не менее 10 000ч.
Среднее время восстановления работоспособного состояния блоков (Тв) должно быть не более 1 ч.
Гамма – процентный ресурс приборов (Т) должен быть не менее 10 000 ч при доверительной вероятности (), равной 90 %.
Гамма – процентный ресурс службы приборов (Тсл) должен быть не менее 15 лет при доверительной вероятности (), равной 90 %.
Гамма – процентный срок сохраняемости приборов (Тсх) должен быть не менее 12 лет для отапливаемых хранилищ и 6 лет для не отапливаемых хранилищ при доверительной вероятности (), равной 90 %.
Вероятность отсутствия скрытых отказов приборов комплекта (P(t)) за межпроверочный интервал (t), равный 24 мес. при среднем коэффициенте использования (Ки), равном 0,17 должна быть не менее 0,90.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
