CC BY
50
Рис. 3. Конструкция датчика разности давлений: 1-Кремниевый кристалл датчика давления на кристаллодержателе;2-меттлическое основание; 3-предварительныйусилитель; 4 - крышка основания; 5 - резиновая мембрана; 6 -металлическая шайба; 7 - герметичный вывод; 8 - кабель
ЛИТЕРАТУРА
1. Шлыгин КА. Популярная гидрометеорология и судовождение. М.: Транспорт. 1987. 192с.
2. Кулаков М.В. Технология измерения и приборы для химических производств. М: Машиностроение. 1983. 424с.
3. Петров В. В., Котов В. Н. Высокочувствительный сенсор давления./ Известия ТРТУ №2, 1999. С.175-176.
4. . . -
ний / Труды 6-й Международной научно-технической конференции «ПЭМ-99»; Дивноморское. Россия. 6-11сент. 1999г. Таганрог: Изд-во ТРТУ. С.122-123.
5. Ваганов В.И. Интегральные тензопреобразователи. М.: Энергоатомиздат, 1983. 138с.
УДК 658.512.2.011.5.
СX. Крутчинский, Д.Г. Чибизов
ЭКОНОМИЧНЫЙ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ГИБРИДНЫЙ ФКБ ДЛЯ ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ МИКРОСЕНСОРОВ
Неотъемлемой частью прогнозирующих и диагностических комплексов являются системы первичной обработки сигналов (СПОС) сенсоров. В работе [1]
,
с применением линейки циклически работающих фильтров Калмана-Бьюси (ФКБ) [1]. -, -ботки сигнала располагаются на одном кристалле. В указанном случае к ФКБ будут предъявляться жесткие требования по энергопотреблению и быстродействию. Требования к низкому энергопотреблению обуславливаются температурным ре-
жимом кристалла сенсора, а требования к быстродействию в основном связаны с тем, что, как правило, микросенсоры для распределенного и сосредоточенного контроля и инерциальные микросенсоры (интегральные акселерометры, датчики
. .) , -
,
~10 мс [2]. Требования к быстродействию обуславливаются и тем, что даже для медленно изменяющегося сигнала качественное восстановление собственно сигнала и его производных требует большой производительности вычислителя. Указанные параметры являются доминирующими при разработке схемотехнических решений циклических ФКБ.
Освоение западными фирмами субмикронных технологий позволило им создать быстродействующие экономичные процессоры цифровой обработки сигналов, на основе которых можно строить ФКБ с заданными параметрами. В работе [3] ,
применении импортной элементной базы составляет несколько ватт, что делает нецелесообразным их применение для микроэлектронной реализации. При применении отечественных сигнальных процессоров, кроме указанного, становится невозможным достижение требуемого быстродействия.
В настоящей работе сформулированную проблему предлагается решать в рамках гибридных (цифроаналоговых) схем, где обработка сигнала производится аналоговым способом (ФКБ представляет собой активную ЯС-цепь с управляемы),
матриц производится экономичным цифровым микроконтроллером. При этом быстродействие ФКБ в общем будет определяться задержками в цифровом интерфейсе, предельными частотными свойствами управляемых АЯС-фильтров и быстродействием АЦП. Потребляемая мощность (при применении для построения АЯС-схем современных микромощных активных элементов) в основном будет определяться параметрами цифровой части схемы.
Как показано в работе [3], влияние погрешностей изготовления микромощных активных элементов, входящих в состав АЯС-схемы ФКБ, которые и определяют ее точностные свойства, в общем случае оказывается достаточно высоким. Применение высокочастотных активных элементов является нецелесообразным, так как приводит к резкому увеличению потребляемой от источников питания .
в рамках методики синтеза гибридных ФКБ, изложенной в [3], где на базе известного метода собственной активной компенсации [5] предложен подход к созданию
,
синтеза, разработанных для стационарных АЯС-цепей, позволяет решить задачу построения нестационарных схем аналоговой части гибридных ФКБ с уменьшенным влиянием частотных свойств активных элементов на параметры реализуемого
.
схему дополнительных компенсирующих контуров обратных связей, обеспечивающих уменьшение влияния инерционных свойств доминирующих активных элементов на основные характеристики ФКБ.
1- ( 10 ), 1 -, 2- -, 3- , 4- -
( 1 - 4).
Особенностью указанной методики является то, что структурный синтез схемы аналоговой части гибридного ФКБ сводится к аналогичной задаче синтеза по частотным критериям стационарного фильтра, определяемого “в точке наихудшего случая”, с максимальной степенью приближения его амплитудночастотных характеристик в полосе пропускания и переходной области частот.
На рис.1 представлена принципиальная схема циклического гибридного ФКБ второго порядка. Цепи, показанные на схеме пунктиром, изначально от.
По методике, приведенной в работе [3], были определены доминирующие активные элементы и синтезированы дополнительные компенсирующие контуры 1 - 4, позволяющие значительным образом снизить влияние указанных активных элементов на основные характеристики схемы. На рис.2 представлены результаты численного моделирования принципиальной схемы циклического гибридного ФКБ второго порядка во временной области (моделирование производилось с помощью прикладного пакета программ МССАР5.0), которые показывают высокую степень приближения переходных характеристик схемы реального ФКБ с дополнительными компенсирующими контурами обратных связей к соответствующим характеристикам схемы идеализированного ФКБ.
Результаты численного моделирования схемы рис.1 для операционных усилителей с различными площадями усиления(/г) показывают, что увеличение /1 с 0.5 МГц до 1 МГц позволяет повысить т очность схемы по каналам измеряемой величины и оценки ее производной ~ в 6 раз и приводит к увеличению Iпотр ~ в 5 раз, а применение схемы с дополнительными контурами позволяет повысить точность по каналу измеряемой величины ~ в 7 раз и по каналу оценки производной ~ в 9 раз, при этом 1ттр возрастает всего
~ в 1.1 раза. Приведенные результаты показывают высокую эффективность предлагаемого в работе подхода.
Необходимо отметить, что снижение требований к площади усиления ОУ используемых в основных контурах схемы удается достичь при увеличении частоты единичного усиления дополнительных ОУ, используемых в компенси-
,
этих ОУ остаются невысокими - достаточным является значение(10..100). Последнее объясняется, во-первых, тем обстоятельством, что решающий усилитель, в состав которого входит указанный активный элемент, реализует небольшое, порядка 8-15 раз, усиление и, во-вторых, уровень сигнала в дополнительном (компенсирующем) контуре схемы гораздо ниже уровня сигнала в основных контурах схемы. Указанная особенность имеет важное практическое значение. Так, с одной стороны, при реализации схем ФКБ в структуре БМК создание экономичного усилителя с невысоким статическим коэффициентом передачи и большой площадью усиления не вызывает практических затруднений [5], , -
зволит снизить потребляемый ею ток, а следовательно и рассеиваемую кри-.
, , -ственных полупроводниковых микромощных ОУ могут быть построены быстродействующие экономичные наблюдатели, производительность которых значительно выше аналогичных устройств на базе современных процессоров цифровой обработки сигналов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Красовский АЛ. Циклическое оценивание при первичной обработке сигналов датчиков. // АиТ № 6, 1988. С.52-60.
2. Петерсон К.Э. Кремний как механический материал. // ТИИЭР, Т.70, №5, 1988. С.5-49.
3. Чибизов Д.Г. Структурный синтез гибридных фильтров Калмана-Бьюси. Диссертация па соискание ученой степени кандидата технических наук. Таганрог. Изд-во ТРТУД999, 202 с. "
4. Крутчинский СТ. Структурно-топологические признаки ARC-схем с собственной компенсацией.// Известия вузов, Радиоэлектроника. 1994. Т.37. №1-2. С.38-43.
5. О.Дворников., В. Чеховский. Аналоговый биполярно-полевой БМК с расширенными функциональными возможностями. // Chip news №2, 1999, p. 21-24.
УДК 534.222
С.П. Тарасов, С.С. Коновалова, АЛ. Куценко
К ВОПРОСУ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИИ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЛЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА МОРСКОГО ДНА МЕЛКОВОДНЫХ АКВАТОРИЙ
Моря и океаны - это главные ассенизаторы планеты. В морях и океане находит последний приют любая “грязь”, рожденная на Земле. Морская среда обладает драгоценной способностью самоочищаться, когда благодаря работе мириадов бактерий и осаждению на дно, постепенно исчезают все вредные примеси, попавшие в . -. ,
. -ных вод. Содержащиеся в них отходы делят на три категории. Первая - мусор, песок, гравий; вторая - органика в виде взвешенных в воде веществ; третья - растворенные вещества (биогены), среди которых соединения азота, калия, фосфора из продуктов жизнедеятельности, обогащенные фосфатами из моющих средств [1].
Экологическое состояние водной среды внутренних водоемов в значительной мере определяется состоянием и структурой дна и составом донных осадков, часть которых образуется за счет выносных отходов промышленных предприятий.
Одним из главных методов обобщений сведений по дну океана является гео-
. -ных более всего отвечает потребностям акустики океана, поскольку обеспечивает плановое изображение неоднородностей дна океана. В настоящее время для отдельных районов имеются многочисленные карты различной детальности. Но, как , -, -лении неоднородностей различного масштаба. Вся имеющаяся информация об этой структуре сводится к геолого-физическим разрезам.
С целью получения вертикальных разрезов толщи отложений используют грунтовые трубки для отбора проб. Большинство таких устройств состоит из пустотелой трубки с тяжелым грузом в верхней и какого-нибудь приспособления для удержания колонки грунта в нижней ее части. Грунтовые трубки такого типа при погружении на дно моря под действием силы тяжести проникает в отложения на глубину до 3 м.
Контроль параметров морского дна с помощью контактных методов требует значительных временных и материальных затрат. Наиболее удобны дистанционные методы контроля, использующие гидроакустическую аппаратуру. Для этого , -тографировать морское дно, но и оценить структуру, тип, количество, состав дон-
