CC BY
66
Методика индикации резонансных частот электронных средств
Голушко Д.А.
ФГБОУВПО «Пензенский государственный университет» dmitgoluschko@yandex. ги Аннотация. Предложена структурная схема лабораторного стенда способного воссоздавать повышенные температуры для оценки работоспособности исследуемого образца ЭС, в условиях экстремальных температур в соответствии с требованиями ГОСТ 28200-89. В качестве управляющего элемента применен программируемый микроконтроллер ATmega8a. Имитационное моделирование работы блока управления была проведена в среде ISIS Professional. Разработка доведена до практической реализации и внедрена в учебный процесс кафедры КиПРА Пензенского государственного университета.
Ключевые слова: вибрации, резонанс, надежность, защита, прогнозирование, система
1 Введение
Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) - зависимость амплитуды выходного сигнала от частоты, показывающая во сколько раз амплитуда сигнала на выходе системы отличается от амплитуды входного сигнала на всём диапазоне частот. АЧХ является непрерывной характеристикой объекта исследования, которая более информативна, чем дискретный спектр собственных частот, поскольку содержит в себе информацию о добротности резонансов, необходимую для расчета дополнительного демпферирования [Юрков и др., 2013; Затылкин и др., 2013; Алмаметов и др., 2010; Затылкин, 2011; Баннов и др., 2013].
Однако, в разных точках на поверхности на одной частоте амплитуда различна, и при исследовании заданного частотного диапазона полученные графики тоже будут различаться [Затылкин, 2013; Баннов и др., 2013; Затылкин, 2013; Таньков и др., 2007]. Некоторые амплитуды будут занижены, а некоторые резонансы могут вообще никак не проявиться. Это связано с попаданием датчика первичной информации в области узлов собственных колебаний, которые зависят от частоты [Затылкин, 2009].
2 Анализ спектра собственных частот и АЧХ текстолитовой пластины
При достаточно точном определении дискретного спектра собственных частот и форм колебаний необходимо измерять амплитуды в контрольных точках, расположенных в центрах пучностей на резонансных частотах [Граб и др., 2008; Таньков и др., 2005; Затылкин и др., 2011]. На рисунке 1 показаны первые три моды колебаний. В точки 1 и 5
Методика индикации резонансных частот электронных средств_
осуществляется вибрационное воздействие, а в точках 2, 3 и 4 необходимо производить измерение, т.к. это центры пучностей.
Возбуждение Измерение Возбуждение
3-я мода
-я мода
1-я мода
Рис. 1. Собственные формы колебаний
Аналогичным образом в центре пучности можно измерить фрагмент АЧХ, т.е. только резонансную кривую, а затем совместить все кривые на один график для получения АЧХ заданного частотного диапазона. На рисунке 2 представлен дискретный спектр собственных частот и АЧХ текстолитовой пластины в диапазоне частот соответствующем наличию трех резонансов. По оси У показана амплитуда, по оси X частоты.
А А
А1 ■ ■ А1 ■
А2 АЗ
Рн
Р1
Р2
РЗ
а)
б)
Рисунок 2 - спектр собственных частот (а) и АЧХ (б)текстолитовой пластины
На рисунке 2а нет никакой информации кроме значений резонансных частот и амплитуды колебаний на этих частотах. Этого недостаточно для описания колебательных свойств объекта исследования. Свободные колебания реальных объектов протекают, когда на них действуют силы сопротивления. Действие этих сил приводит к уменьшению амплитуды колеблющейся величины, т.е. затуханию. Добротность — параметр колебательной системы, определяющий ширину резонанса и характеризующий, во сколько раз запасы энергии в системе больше, чем потери энергии за один период колебаний. Добротность обратно пропорциональна скорости затухания собственных колебаний в системе, т.е., чем выше добротность колебательной системы, тем меньше потери
энергии за каждый период и тем медленнее затухают колебания. АЧХ, соответствующая спектру собственных частот, изображенному на рисунке 2а, изображена на рисунке 26. Она более информативна, т.к. показывает резонансные кривые, по которым можно определить добротности резонансов и затухание системы [Загылкин и др., 2012; Лысенко и др., 2013; Карчевский Д.О., 2014].
3 Заключение
Таким образом, для получения адекватной АЧХ во всем диапазоне частот необходимо совместить резонансные кривые, соответствующие действительности на один график. Для этого необязательно иметь АЧХ контрольных точек во всем частотном диапазоне. Достаточно на резонансной частоте fn измерять только фрагмент АЧХ в диапазоне от fn-\ до/г+1, в центре пучности формы, соответствующей/,. На рисунке 3 г) показан процесс совмещения АЧХ из фрагментов, измеренных в разных точках. Линии графика, продолжающиеся после пересечения резонансных кривых ниже полученной совмещением фрагментов результирующей АЧХ являются технологической информацией, их изображать не следует.
Список литературы
[Юрков и др., 2013] Юрков Н.К., Затылкин A.B., Полесский С.Н., Иванов И.А., Лысенко A.B. Информационная технология многофакторного обеспечения надежности сложных электронных систем // В сб.: Труды международного симпозиума Надежность и качество / Под ред. Юркова Н.К. Пенза, Изд-во 111 У. 2013. № 4. С. 75-79.
[Затылкин и др., 2013] Затылкин A.B., Голушко Д.А., Рындин Д.А Исследование влияния деформационной составляющей внешнего вибрационного воздействия на надёжность радиоэлектронных средств // В сб.: Труды международного симпозиума Надежность и качество / Под ред. Юркова Н.К. Пенза, Изд-во 111 У. 2013. Т. 2. С. 42-43.
[Алмаметов и др., 2010] Алмаметов В.Б., Авдеев A.B., Затылкин A.B., Таньков Г.В., Юрков Н.К., Баннов В.Я. Моделирование нестационарных тепловых полей электрорадиоэлементов // В сб.: Труды международного симпозиума Надежность и качество / Под ред. Юркова Н.К. Пенза, Изд-во ПТУ. 2010. Т. 2. С. 446-449.
[Затылкин, 2011] Затылкин A.B. Исследование моделей радиотехнических устройств на ранних стадиях проектирования // Современные информационные технологии. 2011. № 14. С. 113-118.
[Баннов и др., 2013] Баннов В.Я., Сапрова Е.В., Затылкин A.B. Автоматизированный стенд исследования процедуры формирования тестового воздействия при проведении диагностики логических схем электронных устройств // В сб.: Труды международного симпозиума Надежность и качество / Под ред. Юркова Н.К. Пенза, Изд-во 111 У. 2011. Т. 2. С. 32-34.
[Затылкин, 2013] Затылкин, A.B. Система управления проектными исследованиями радиотехнических устройств: Автореф. дис. к-та техн. наук. Москва, 2012.
[Таньков и др., 2007] Таньков Г.В., Затылкин A.B. Моделирование тепловых процессов в стержневых конструкциях РЭС // В сб.: Труды международного симпозиума
Методика индикации резонансных частот электронных средств_
Надежность и качество / Под ред. Юркова Н.К. Пенза, Изд-во ПГУ. 2007. Т. 1. С. 257-258.
[Затылкин, 2009] Затылкин, A.B. Модели и методики управления интеллектуальными компьютерными обучающими системами: Автореф. дис. к-та техн. наук. Пенза, 2009.
[Граб и др., 2008] Граб И.Д., Затылкин A.B., Горячев Н.В., Алмаметов В.Б., Юрков
H.К., Баннов В.Я., Кочегаров И.И. Лабораторный комплекс в архитектуре ИКОС как основа формирования умений // В сб.: Труды международного симпозиума Надежность и качество / Под ред. Юркова Н.К. Пенза, Изд-во ПГУ. 2008. Т. 1. С. 213-215.
[Таньков и др., 2005] Таньков Г.В., Трусов В.А., Затылкин A.B. Исследование моделей стержневых конструкций радиоэлектронных средств // В сб.: Труды международного симпозиума Надежность и качество / Под ред. Юркова Н.К. Пенза, Изд-во ПГУ. 2005. Т.
I. С. 156-158.
[Затылкин и др., 2011] Затылкин A.B., Буц В.П., Юрков Н.К. Опыт применения технологии ERM в разработке интеллектуальных средств обучения // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2011. № 5 (118). С. 218-223.
[Затылкин и др., 2012] Затылкин A.B., Леонов А.Г., Юрков Н.К. Управление исследованиями моделей радиотехнических устройств на этапе проектирования // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2012. № 1. С. 138-142.
[Лысенко и др., 2013] Лысенко A.B., Ольхов Д.В., Затылкин A.B. Конструкция активного виброамортизатора с электромагнитной компенсацией // Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. 2013. Т. 1. С. 454-456.
[Карчевский Д.О., 2014] Учёт герметизации при расчёте надёжности функциональных узлов космических аппаратов/Карчевский Д.О., Полесский С.Н.// Новые информационные технологии в автоматизированных системах, - Москва: Изд-во Московский институт электроники и математики НИУ ВШЭ 2014г., №17 - ст. 550-555.
