CC BY
28
при суцшьному сшговому покривi на вiдбиваючiй поверхш та при коли-ваннях напруги. Вимiрювач е стiйким до високочастотного випромшюван-ня та захищеним вщ ураження електричним струмом. Робоча температура вщ -40°С до +40°С. Вщносна вологiсть повiтря 98% при температурi 250С.
Висновки
Проведенi теоретичнi та експериментальш дослiдження пiдтверджують доцiльнiсть мошторингу руху об'ектiв з використанням ультразвукових вимiрювачiв. При цьому з'являеться можливють визначення напряму руху (вперед чи назад), визначення швидкост при заблокованш колiснiй парi та при пробуксовщ. Використання в вимiрювачi мiкропроцесора дае можли-вiсть за промiжок часу 1с робити 100 цикшв вимiрювання та обчислення з узагальненням отриманих результата (усередненням отриманих значень швидкост за один цикл). Сучаснi засоби реашзаци вимiрювача роблять процедуру мошторингу руху об'еклв iнформативною та надшною.
Л1тература
1. Справочник по радиоэлектронным системам/Ред. Кривицкого Б.Х. Т.2. - М.: Сов. радио, 1972.-368 с.
2. Голямина И.П. Маленькая энциклопедия. Ультразвук. - М.: Сов. энциклопедия, 1979. - 300 с.
3. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. - М.: Наука, 1990. - 630 с.
4. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. - М.: Сов. радио, 1969 - 752 с.
5. Голдман С. Теория информации. - М.: ИИЛ, 1957. - 446 с.
6. Тузов Г.И. Выделение и обработка информации в допплеровских системах. - М.: Сов. радио, 1967. - 256 с.
Боднарчук С.В.,Бычковский В. А.,Куришко Е.С. Мониторинг движения объектов
Рассматривается и анализируется метод извлечения информации о скорости и направлении движения объектов. Дается методика мониторинга движения объектов, проводится анализ статистических и энтропийных характеристик измерительного устройства и результатов его испытаний.
Bodnarchuk S.V.,Bychkovsky V.A.,Kurishko E.S. The objects movement monitoring
The method of extraction of information about the direction of the object movement and its speed is viewed, investigated and analyzed. The methodic of the objects movement monitoring is given in the research, the analysis of statistical and entropic characteristics of measuring apparatus and result of its testing.
УДК 681.586.5; 531.768
М1КРОКОНТРОЛЕРНЕ ОПРАЦЮВАННЯ СИГНАЛ1В В ПРЕЦИЗ1ЙНОМУ ЦИФРОВОМУ АКСЕЛЕРОМЕТР1 З ВОЛОКОННО-
ОПТИЧНИМ ДАВАЧЕМ.
Дубтовський А.О., Дем 'яненко П.О.
Розглянут1 особливост1, принцип I режими роботи трикоординатного волоконно-оптичного давача. Запропонована структурна схема I алгоритм обробки сигналу пре-цизтного цифрового акселерометра з волоконно-оптичним давачем, приведет очтува-т величини основних параметргв.
Постановка задач1
Прецизшний цифровий акселерометр призначений для вимiрювання
надмалих лшшних прискорень. Основою акселерометра е трикоординат-ний волоконно-оптичний давач (ВОД) з iмпульсною модулящею штенсив-ностi оптичного потоку, вихщний сигнал якого е часовою послщовшстю оптичних iмпульсiв.
Особливост акселерометра з ВОД
Схема будови iмпульсного ВОД прискорення наведена на рис.1 [1].
Рис. 1. Схематична будова ВОД.
1 - волоконний свггловод (ВС);
2 - шерцшна маса (1М);
3 - торощальш дзеркальш поверхнi, що визначають ос чутливостi ОХ i ОУ;
4 - електромагшти;
5 - волоконно-оптичний розгалужувач-суматор.
Чутливим елементом (ЧЕ) ВОД е конiчний маятник, пружний тдшс якого виконано на 0CH0Bi B^pi3Ka кварцового ВС, консольно закрiпленого в корпус ВОД. На вiльному кшщ консолi ВС закрiплена iнерцiйна маса (1М) з магнiтом'якого матерiалу. В робочому режимi кiнець маятника здш-снюе обертальний рух, пiдтримуваний почерговою узгодженою дiею елек-тромагнiтiв на 1М. За вiдсутностi ди на акселерометр бiчного прискорення (немае проекцп вектора прискорення на площину XOY), обертання маятника вiдбуваеться симетрично осi OZ. Оптичний потiк вщ ДВ надходить у ВС, яким каналюеться до дзеркал, що е двома вв^нутими зрiзаними торо!-дальними поверхнями, тороутворюючi площини яких перетинаються пiд прямим кутом. При перетинанш кiнцем ВС осi кривизни будь-якого дзер-кала (OX, OY) частина оптичного потоку, що виходить iз торця ВС, вщби-ваеться назад до нього. Зустрiчнi потоки в ВС роздшяються в Y-подiбному розгалужувачьсуматорь Оптичний сигнал з ВОД надходить на фотоприй-мач (фотодiод (ФД)). Отже, у вихiдному ВС отримуемо послщовшсть оптичних iмпульсiв, що по сут е двома, вкладеними одна в другу послщов-ностями X и Y, сформованих вщбиттям вщ вiдповiдних дзеркал (рис.2). За вщсутност бiчних прискорень iнтервали часу перебування маятника по обидва боки кожно! з осей дзеркал будуть однаковими, тобто рiзниця три-валостей будь-яких двох сусiднiх часових iнтервалiв (рис.2а), що задають-ся оптичними iмпульсами в кожнiй iз послщовностей, буде дорiвнювати нулю. При наявност бiчного прискорення коло обiгу маятника змютиться вiд свого початкового положення в напрямку дп вектора прискорення. 1з-за цього iнтервали часiв перебування маятника по рiзнi боки вщ осей дзеркал будуть неоднаковими (рис.2 б) - чим бшьшою буде величина бiчного прискорення, тим, вщповщно, бiльшою буде i рiзниця тривалостей сусiднiх часових iнтервалiв. Ця рiзниця i приймаеться за мiру величини бiчного
прискорення, що дiе на ВОД, а знак ще! рiзницi визначае напрямок проек-ци вектора прискорення вздовж ос чутливостi.
я> а = О
б)
т
Т, тх- Тх тх~
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Ту Ту Т ■ У т ±У
т Т
а^О
Т= Т0; Ту+ Ту
Т ■+ Т ■
1 X ±х
= Т;
= Т;
АТХ=ТХ- Тх = О; (ау=0); АТУ=ТУ~ Ту-= О; (ах=0); АТ2=Т- Т0= 0; (ъ=0)
*)
т ■ т - * X тх- , Тх г
1 1 \ 1 1
Ту Т 1У Ту т..
Т т
а^О
Т= Т0; т ■+т
1у -'у А Тх= Тх-
Ту+Тх»= Т; ~~ Т;
Тх - Тх^0; { ауЩ;
АП=
Ту-Ту^О; (ах?Ю);
АГг= Т- Т0 = 0; О).
тх _ТХ- т:с тх.. т,
1 \ . \ 1 , 1 1 , , 1
Ту т ■ ±у Ту
т т
Т^ Т0; Тг+Ту А Тх= Тх-
= Т;
Тх+Тх = Т; Тх-Тх^О,
АП= Т„
Ту* О,
АТ2= Т- То
■ («у* О);
(а^О);
Рис. 2. Часовi дiаграми вихiдних сигнашв ВОД. а) прискорення немае; б) е тшьки двi (бiчнi) складовi прискорення; в) е всi три складовi вектора прискорення При ди на ВОД прискорення, вектор якого паралельний осi 02, коло об^у маятника не змiщуеться i розглядаш вище рiзницi будуть нульовими. Однак при цьому змшиться сама тривалють перюду обертання маятника (рис.2в) i саме ця змiна приймаеться за мiру прискорення вздовж осi 02.
Отже, iнформацiя про величини складових вектора прискорення а вздовж осей чутливост ВОД мютиться в тривалостях часових iнтервалiв, що задаються його оптичними iмпульсами, а саме, в рiзницi величин сусь днiх часових iнтервалiв. Так, рiзницi iнтервалiв АТх=Тх'-Тх" i АТу=Ту'-Ту" визначають величини ах i ау, а !х комбшащя АТг=[(Тх'+Тх")-(Тхо'+Тхо")]=[(Ту'+Ту")-(Туо'+Туо")] - величину аг (ах, ау, аг - проекци вектора а, вiдповiдно, на ос чутливостi X, У, 2; Тхо', Тхо", Туо' и Ту" - часовi штер-вали, вимiрянi за умови а=0).
Для перетворення величин згаданих pi3Hrn,b у величини вщповщних складових вектора а слщ вимiряти цi штервали, i3 аналогичного виразу az=j(ATz) визначити величину az i i3 аналiтичних виразiв ax =f(ATX) i ay =j(ATy) визначити величини ax i ay.
Обробка сигналу з ВОД
Враховуючи рiвень розвитку сучасно1 компонентно1 бази, опрацювання сигналiв ВОД доцiльно здiйснювати шляхом тдрахунку iмпульсiв стабшь зованого стороннього генератора високо1 частоти (ГВЧ) засобами програ-много забезпечення (ПЗ) мкроконтролера (МК) або мiкропроцесора (МП). Можливий варiант структурно1 схеми акселерометра наведений на рис.3.
Рис.3. Структурна схема акселерометра
ДЖ - джерело живлення; ГВЧ - генератор мiрних iмпуль-
шв високо1 частоти; ДВ - джерело випромшювання; ФП - фотоприймач; МК - мкроконтролер; ПУ - пристрш узгодження; Д - дисплей;
ПК - персональний комп'ютер
Алгоритм опрацювання сигналу ВОД, перетвореного ФД в електрич-ний, i спрямованого на вщповщний ввiдний порт МК може бути таким.
Умовно перший оптичний iмпульс, отриманий вщбиттям оптичного потоку вщ дзеркала, запускае вбудований лiчильник МК в режим накопичен-ня. Пiдрахунок iмпульсiв ГВЧ здшснюеться до моменту надходження на вхщ порта вводу наступного оптичного iмпульсу. Число «порожтх» цик-лiв лiчильника рееструеться i записуеться в пам'ять. Збереженi в пам'я^ числа (що е кiлькiстю тактiв ГВЧ за 4 чвертьперюди) опрацьовуються згь дно з прийнятим алгоритмом. Опрацьоват данi можуть передаватися на порт виводу даних для подальшо1 передачi 1х на допомiжнi пристро1 опрацювання (наприклад, через антени на приймальний пристрiй ПК або прямо - на COM/LPT порти ПК), або, при потребi внесення додаткових змш в ю-нуюче ПЗ МК, на наступи етапи опрацювання засобами ПЗ МК. Результата вимiрювань (модуль повного вектора прискорення, його направляючi косинуси, складовi вектора прискорення, помножеш на вiдповiднi масшта-бнi коефiцiенти), можуть бути представленими в зручному для користу-вача вигляд! Масштабнi коефiцiенти визначаються окремо для кожного акселерометра тд час його випробувань i заносяться в пам'ять пристрою логiчного опрацювання. Тодi ж встановлюються i границi дiапазону вимь
рювань. Величина абсолютно! похибки вимiрювання постшна в усьому дь апазонi вимiрювань i визначаеться дискретою пiдрахунку (перiодом iмпу-льсiв ГВЧ). Величина вщносно! похибки залежить вiд величини вимiрюва-ного прискорення - чим воно бшьше, тим точшше його можна вимiряти.
Параметри акселерометра. Висновки
Застосування комп'ютерного опрацювання дозволяе нейтралiзувати природнi недолжи i недосконалостi ВОД, пом'якшити жорстюсть вимог, що висуваються до самих ВОД, не знижуючи при цьому високих вимог до якост вимiрювань в цiлому.
Розрахунковi (очiкуванi) величини основних параметрiв акселерометра.
13
- порогова чутливють........................................................10 g;
- мiнiмальна вiдносна похибка вимiрювань..........
...................10'%;
- динамiчний дiапазон вимiрюваних величин прискорень..........10 .
В разi необхщност наведенi параметри можуть бути змшет на 2-3 порядки в той чи шший бж шляхом вiдповiдного добору конструктивних па-раметрiв ВОД i параметрiв схеми опрацювання його сигналу.
Розглянут акселерометри можуть слугувати основою для побудови ше-рцiальних навiгацiйних систем автономних рухомих об'екпв, зокрема кос-мiчних лiтальних апаратiв, що перебувають протягом тривалого часу пiд дiею малопотужних силових факторiв, наприклад, тиску сонячного виру.
Л1тература
1. Демьяненко П.А., Зиньковский Ю.Ф., Прокофьев М.И. Прецизионный цифровой акселерометр с волоконно-оптическим датчиком. // Радиоэлектроника. - 1997. -Т.40. - №1. - С.39-47. (Известия высш. учебн. заведений).
2. Демьяненко П.А., Зиньковский Ю.Ф., Прокофьев М.И. Обработка сигналов в изме-
рителях с импульсными волоконно-оптическими датчиками. // Радиоэлектроника. Известия высш. учебн. заведений. 1998. Т.41, №8. С.54-60. 3. Федорцов А.О., Долинский М.С. Микроконтроллеры и микропроцессоры для
встроенных систем. // Электроника, № 11-12, 1998.
Дубиковский А. А., Демьяненко П. А. Микроконтроллерная обработка сигналов в прецизионном цифровом акселерометре с волоконно-оптическим датчиком. Рассмотрены особенности, принцип и режимы работы трехкоординатного волоконно-оптического датчика. Приведены структурная схема и алгоритм обработки сигнала прецизионного цифрового акселерометра с таким датчиком, ожидаемые величины основных параметров. Dubikovsky A.O., Demjanenko P.O. The microcontroller processing of signals in precision digital accelerometer with the fiber-optical sensor. Features, a principle and operating modes of the three-coordinate fiber-optical sensor are considered. The block diagram and algorithm of processing of a signal precision digital accelerometer with the fiber-optical sensor is offered, expected sizes of key parameters are resulted.
