CC BY
9
Key words: acceleration, braking, traffic safety, dynamic characteristics, driving assessment.
Gornostaev Alexander Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, senior lecturer, gornostaev 58@mail.ru, Russia, Ryazan, Ryazan Guards Higher Airborne Order of Suvorov twice Red Banner Command School named after General of the Army V. F. Margelova,
Shevchenko Kirill Anatolyevich, adjunct, dreskir@mail.ru, Russia, Ryazan, Ryazan Guards Higher Airborne Order of Suvorov twice Red Banner Command School named after General of the Army V.F. Margelova,
Latyfov Khurshed Khayatovich, candidate of technical sciences, senior lecturer, latyfo-va.natalya@yandex.ru, Russia, Ryazan, Ryazan Guards Higher Airborne Order of Suvorov twice Red Banner Command School named after General of the Army V. F. Margelova
УДК 621.357.6
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-3-428-433
ДАТЧИК ПОТОКА КОСМИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЫ: СТРОЕНИЕ, ОСОБЕННОСТИ И НЕДОСТАТКИ
А.Н. Брагин
В настоящей работе разработан алгоритм коррекции для системы регистрации заряженных частиц, в основе которой лежит датчик потока космической плазмы. Методика коррекции направления в зависимости от падения пучка частиц на коллекторы датчика является доработкой существующих датчиков типа цилиндр Фарадея и необходима для корректного сбора информации о космической плазме, Солнечном ветре и прочих потоков заряженных частиц, которые будут регистрироваться в условиях открытого космоса.
Ключевые слова: Солнечный ветер, Фарадея, датчик, коллектор, ток, алгоритм, методика, структура, корректировка, плазма.
Солнечный ветер представляет собой поток плазмы или поток заряженных частиц. Экспериментальные же исследования солнечного ветра и не только с помощью космических аппаратов, выходящих за пределы магнитосферы Земли, начались относительно недавно в конце 50-х годов прошлого века, и продвинулось достаточно. В большинстве приборов, целью которых было сбор данных солнечного ветра, использовался один из самых простых, но в тоже время самых надежных датчиков. Данный тип датчика имеет название цилиндр Фарадея [1, 2].
Цилиндр Фарадея - датчик, определяющий электрический заряд, а также интенсивность пучка заряженных частиц. Принцип действия цилиндра Фарадея основан на поглощении заряженной компоненты ливней, образующихся в результате прохождения ускоренных заряженных частиц пучка ускорителя через вещество поглотителя [3].
Был произведен обзор как структуры самого датчика, так и структуры системы в целом, было установлено, как датчик будет передавать данные на микроконтроллер, как будут обрабатываться эти данные, а также описана схема управления датчиком посредством изменения напряжения на селектирующих элементах.
В качестве аналогов будут представлены приборы «БМСВ» и приборы из проекта: «СПЕКТР-Р» за авторством Застенкера Г.Н и др.
Целью данной работы является разработка алгоритма корректировки датчика потока космической плазмы. Для облегчения понимания алгоритма будут представлены рисунки, на котором будет изображена донная часть датчика, содержащая собирающие коллекторы [4].
В конструкции датчиков аналогов, представлена конструкция с количеством коллекторов варьирующимися от 1 до 4 штук. На рис. 1 представлено расположение коллекторов на приборе «БМСВ».
л л
Рис. 1. Упрощенное изображение установки коллекторов на донной части датчика
На рис. 1 видно, что на донную часть датчика под номером 1 установлены 4 коллектора под цифрой 2.
Предлагается поменять конструкцию расположения коллекторов и увеличить их количество до 5 штук.
На рис. 2 продемонстрировано изображение усовершенствованной компоновки коллекторов на донной части датчика.
Рис. 2. Усовершенствованная конструкция компоновки коллекторов
Из рис. 2 видно, что коллекторы под номерами 1 и 2 располагаются вдоль оси Y, в то же время коллекторы под номерами 3 и 4 располагаются вдоль оси Х. Коллектор под номером 5 расположен по центру, относительно него и будет производится расчет корректировок.
Как видно из рисунка коллектора размещаются так же, как и в датчике представленном на рис. 1, отличие достигается путем размещения по центру еще одного коллектора. Целью размещения коллектора по центру, является регистрирование нулевого угла падения пучка.
Стоит немного объяснить, цель усовершенствования датчика заключается в построение конструкции датчика таким образом, что при попадании пучка частиц на разные коллекторы или задевая один или несколько коллекторов, те, в свою очередь, начинают на выход генерировать ток, исходя из величины тока на отдельном коллекторе можно установить под каким углом упал пучок частиц и в дальнейшем произвести корректировку направления датчика.
В данном случае датчик не будет корректировать направления, если пучок частиц падает только на центральный коллектор.
Будем производить расчет по зависимости групп коллекторов. Установим зависимые группы для оси Y относительно центра (рис. 3):
1) К1/К5, что соответствует среднему значению угла падения по оси +Y;
2) К2/К5, что соответствует среднему значению угла падения по оси
Для оси X будут действовать соотношения:
3) К4/К5, что соответствует среднему значению угла падения по оси +Х;
4) К3/К5, что соответствует среднему значению угла падения по оси -Х;
Стоит учитывать тот случай, когда пучок не будет попадать на центральный коллектор. Тогда соотношения будут следующими:
5) К1/К4, соответствует первой четверти функции;
6) К1/К3, соответствует второй четверти функции;
7) К2/К3, соответствует третьей четверти функции;
8) К2/К4, соответствует четвертой четверти функции;
В том случае, если пучок попадает на пару коллекторов, например: К1 и К3, и если соотношение токов на коллекторах К1 и К3 примерно равны, то датчик начинает равномерную корректировку по двум осям отсчитывая время от начала корректировки, тогда, в тот момент, когда пучок достигнет центрального коллектора и значение токов между К5 и К1 или К5 К3, или К5, К3 и К1 уравнивается, то отчет заканчивается и получается прямая зависимость угла от времени.
Таким образом, полученный угол будет прибавлен к 39 градусам, которые соответствуют углу падения на границе центрального коллектора. Данный пример будет рассчитывать средний угол падения.
Если же соотношение между двумя коллекторами не равно 1, то производится корректировка в зависимости от четверти нахождения пучка.
Для понимания методики был написан алгоритм методики работы системы регистрации заряженных частиц. Ниже будут представлены части блок-схемы для более полного понимания методики.
Рис. 3. Первая часть блок-схемы алгоритма методики коррекции датчика и определения
угла падения пучка.
Заранее стоит сказать о том, что в данном случае алгоритм разработан под пятно падения имеющее форму окружности или элипса (рис. 4).
Для начала работы системы необходимо подключить разъемы интерфейса и бортовой сети, для того чтобы запитать бортовую электронику системы.
Далее следует настроить напряжение на супрессорной и управляющих сетках в зависимости от типа пучка, который будет подаваться в датчик.
После этого отправляется команда о начале работы датчика и система переходит в активное состояние, с этого момента, алгоритм полностью начинает работать.
После того, как пучок будет сгенерирован и подан на датчик, начинается процесс определения четверти (или пары коллекторов), на которую упал пучок.
Начинается проверка первой четверти, что соответствует датчикам К1 и К4.
Проверяется наличие тока, которое свидетельствует о падении пучка, на коллектор К1, если ток зарегистрирован, то проходит проверка коллектора К4, если на коллекторе К4 тоже присутствует ток, то это будет говорить о том, что пучок падает в первой четверти и дальнейшая корректировка происходит исходя из этой информации.
В противном случае, если на коллекторе К4 не зарегистрирован ток, то следует проверка соседнего с коллектором К1 коллектора К3. Если на коллекторе тоже зарегистрирован ток, то это будет говорить о том, что пучок падает на вторую четверть и дальнейшая корректировка будет производится исходя из этой информации.
Рис. 4. Вторая часть блок-схемы алгоритма методики коррекции датчика и определения
угла падения пучка
Если же ни на коллекторе К4 ни на коллекторе К3 не зарегистрирован ток, то значит, что пучок падает только на коллектор К1 или же на коллектор К1 и К5, или пятно падения пучка имеет форму вытянутого элипса и затрагивает три коллектора К1(точно), К2(может быть) и К5, которые лежат вдоль оси Y.
Возвращаясь к проверке тока на К1, если на коллекторе К1 ток не зарегистрирован, то начинается проверка третьей четверти, что соответствует коллекторам К3 и К2.
Сначала проверяется наличие тока на коллекторе К3. Если ток на коллекторе К3 зарегистрирован, то следует проверка тока на коллекторе К2. Если ток присутствует на коллекторах К3 и К2, то можно утверждать, что пучок падает на третью четверть.
Если же ток регистрируется только на коллекторе К3, то можно сказать, что пучок падает или на коллектор К3, или на коллекторы К3 и К5, или, опять же, пятно падение пучка имеет вытянутую элиптическую форму и точно падает на К3, К5 и может быть на К4.
Если же ток не зарегистрирован на К3, то проверка переходит к коллектору К2, а, следовательно, на четвертую четверть. Если на коллекторе К2 зарегистрирован ток, то происходит проверка тока на коллекторе К4. Если ток присутствует на обоих коллекторах, то можно утверждать, что пучок падает на четвертую четверть. Если же на К4 не зарегистрирован ток, то пучок падает либо только на К2, либо затрагивает коллекторы К2 и К5, или же имеет вытянутую элиптическую форму и точно падает на коллекторы К2, К5 и, может быть, на К1.
Если ток не зарегистрирован ни на коллекторе К1, ни на К3, ни на К2, то происходит проверка наличия тока на коллекторе К4. Если ток зарегистрирован на К4, то можно сказать о том, что пучок падает либо только на коллектор К4, либо затрагивает два коллектора К4 и К5.
Стоит упомянуть о возможности падения пучка только на коллектор К5, в таком случае, можно сказать о том, что корректировка направления датчика, можно счесть не целесообразной и датчик остается на оптимальном изначальном направлении.
После того, как было выяснено примерное местонахождение пятна падения пучка частиц, начнется коррекция направления датчика.
Рассмотрим последовательность действий в том случае, если пучок падает на первую четверть датчика (рис. 5). Координаты центра пучка будут положительным что по оси X, что по оси Y. Задача корректировки заключается в том, чтобы центр пучка приходился на коллектор К5, таким образом Происходит корректировка датчика по оси Х в сторону отрицательных значений Х, пока показания на коллекторах К3 и К4 и будут равны.
Как только ток на коллекторах ток не станет равен между собой, произойдет коррекция по оси Y в сторону отрицательных значений Y. Как только токи на коллекторах К1 и К2 будут равны между собой произойдет остановка корректировки направления датчика.
Рис. 5. Третья часть блок-схемы алгоритма методики коррекции датчика и определения
угла падения пучка
Далее рассмотрим пример падения пучка на вторую четверть. В данном случае координата центра пучка по оси X будет отрицательной, а по оси Y останется положительной. Сначала начнется корректировка по оси X в сторону положительных значений X, пока не будут равны значения токов на коллекторе КЗ и К4, как только значения будут равны друг другу, то начнется корректировка по оси Y в сторону отрицательных значений Y, она продолжится пока токи на коллекторах К1 и К2 не станут равны между собой, в этот момент коррекция считается законченной.
Тот же алгоритм коррекции будет использован для коррекции пучка в остальных положениях, четвертях и коллекторах или будет аналогичен приведенному выше.
Таким образом был разработан, представлен и подробно описан алгоритм автоматической коррекции системы регистрации заряженных частиц.
Список литературы
1. Мухуров Н.И., Гасенкова И.В., Андрухович И.М., Застенкер Г.Н., Бородкова Н.Л., Костенко В.И., Каримов Б.Т. Конструкция датчиков потоков космической плазмы на основе цилиндра Фарадея. Приборы и методы измерений. Мухуров Н.И., 2017. Т. 8, № 4. С. 305-З1З.
2. Застенкер, Г. Н. Новые результаты эксперимента / Г. Н. Застенкер. — Текст : электронный // Плазменно-магнитный эксперимент ПЛАЗМА-Ф: [Электронный ресурс] URL: http://www.plasma-f.cosmos.ru (дата обращения: 25.01.2022).
3. Андрухович И.М., Гасенкова И.В., Датчики потоков космической плазмы с селектирующими элементами высокой прозрачности. - Андрухович И.М. // Конференция «Ломоносов 2018» [Электронный ресурс], URL: https://lomonosovmsu.ru/archive/Lomonosov_2018/data/13685/69427_uid243201_report.pdf (дата обращения: 25.01.2022).
4. Плазменно-магнитный эксперимент ПЛАЗМА-Ф на космическом аппарате «СПЕКТР-Р». Проект «РАДИОАСТРОН» [Электронный ресурс] URL: http://www.plasma-f.cosmos.ru/first-results (дата обращения: 25.01.2022).
Брагин Александр Николаевич, магистр, оператор ВИТ «ЭРА», abrageen@gmail.com, Россия, Анапа, ФГАУ «ВИТ«ЭРА»
COSMIC PLASMA FLOW SENSOR: STRUCTURE, FEATURES AND DISADVANTAGES.
A.N. Bragin
In this paper, a correction algorithm has been developed for a charged particle registration system based on a cosmic plasma flow sensor. The method of correcting the direction depending on the incidence of the particle beam on the sensor collector is a refinement of existing Faraday cylinder type sensors and is necessary for the correct collection of information about space plasma, Solar wind and other charged particle flows that will be recorded in outer space.
Key words: Solar wind, Faraday, sensor, collector, current, algorithm, methodology, structure, correction, plasma.
Bragin Alexsandor Nickolaevich, magister, operator of MIT «ERA», abrageen@gmail.com, Russia, Anapa, FGAU«MIT«ERA»
УДК 621.314.2
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-3-433-442
МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ DC/DC ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ С УЧЕТОМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТРЕБОВАНИЙ ЭМС
В.В. Воронин
В данной статье была проделана работа по разработке методики проектирования DC-DC преобразователя напряжения с учетом обеспечения ЭМС. Было научно обосновано, что на сегодняшний день электромагнитная совместимость является одним из основных критериев оценки качества разрабатываемых устройств.
Ключевые слова: электромагнитная совместимость, электромагнитные помехи, помехозащищенность, преобразователь напряжения, методика проектирования.
Современный образ жизни трудно представить без радиоэлектронных и электронных устройств и систем, имеющих широкий функционал и служащих помощниками человеку во всех сферах его жизнедеятельности. Гонимая техническим прогрессом и новыми научными открытиями аппаратура все чаще акцентируется на повышении быстродействия, как на уровне элементной базы и сборочных единиц по отдельности, так и на уровне готовых изделий в целом. В рамках данной тенденции первостепенными проблемами проектирования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), в частности печатных плат, становятся вопросы помехозащищенности, электродинамического анализа, соблюдения требований электромагнитной совместимости (ЭМС).
Первоначально термин ЭМС имел узконаправленное значение и сводился к выбору частотного диапазона для оптимальной работы аппаратуры. На сегодняшний день международная электротехническая комиссия (МЭК) характеризует электромагнитную совместимость как способность изделия функционировать в пределах нормы находясь в окружающей ее электромагнитной обстановке (ЭМО), при этом самостоятельно не создавая существенно критических электромагнитных воздействий на последнюю.
Требования ЭМС считаются не соблюдены в случае, если аппаратура генерирует слишком высокий уровень помех, а также если ее собственная помехоустойчивость (ПУ) не достаточна. С начала нового тысячелетия резко возросли как уровень миниатюризации внутри каждого отдельного устройства, так и плотность расположения таковых на единицу площади, это повлекло за собой стремительный рост уровня электромагнитных помех (ЭМП). Источники ЭМП принято разделять на внешние и внутренние. Осуществлять контроль первых
