CC BY
31
Секция «Электронная техника и технологии»
Исследуемая пленка располагается на столике между двумя парами колец Гельмгольца, первая из которых создает постоянное магнитное поле развертки, а вторая - поле модуляции частотой 1 кГц, что позволяет значительно повысить точность измерения. Для поддержания заданной напряженности магнитного поля на первой паре колец Гельмгольца используется широтно-импульсная модуляция. Широтно-импульс-ный модулятор (ШИМ) выполнен на ПЛИС ХС95288ХЬ и соединен с управляющим контроллером через 8Р1 интерфейс, а обратная связь по току осуществляется с помощью датчика тока. ШИМ стабилизатор магнитного поля работает следующим образом: управляющая программа микроконтроллера вычисляет необходимую ширину импульса, соответствующую требуемому значению тока через первую пару колец Гельмгольца, и по 8Р1 отправляет это значение ШИМ.
После завершения переходного процесса в кольцах Гельмгольца программа производит серию оцифровок с датчика тока. Что позволяет вычислить текущее значение тока и сравнить с требуемым значением. Если эти величины не эквивалентны, то контроллер отправляет ШИМ новое значение ширины импульса, и цикл продолжается, пока требуемое и текущее значения тока не сравняются. Выход ШИМ соединен с усилителем мощности (М08РБТ ключом), который коммутирует ток через обмотки первой пары колец.
Для повышения точности измерения спектров ФМР, как уже отмечалось, магнитное поле, создаваемое первой парой колец Гельмгольц, модулируется второй парой колец, создающей магнитное поле напряженностью порядка 1 Э. Синусоидальный аналоговый сигнал снимается с цифро-аналогового преоб-
разователя (ЦАП), затем усиливается линейным усилителем мощности и подается на вторую пару колец Гельмгольца. Синусоида формируется микроконтроллером.
Спектрометр ферромагнитного резонанса производит автоматическое вращение столика с закрепленной на нем тонкой магнитной пленкой. Столик приводится в движение через систему механических передач шаговым двигателем. Шаговый двигатель также управляется микроконтроллером через драйвер шагового двигателя, представляющего из себя транзисторные сборки Дарлингтона. Спектрометр ФМР имеет 3 интерфейса связи с персональным компьютером. RS-232 позволяет без проблем подключать устройство к старым типам вычислительных машин, USB - современный высокоскоростной интерфейс. При соединении устройства с компьютером по шине USB абсолютно не требуется установка дополнительного программного обеспечения, так как измеритель ФМР реализован как HID устройство. Ethernet позволяет контролировать устройство на значительном удаление от ПК. Возможно даже взаимодействие ПК со спектрометром ФМР через глобальную сеть Internet.
Библиографические ссылки
1. Belyaev B. A., Izotov A. V., Leksikov A. A. Magnetic imaging in thin magnetic film by local spectrometer of ferromagnetic resonance // IEEE Sensors Journal. 2005. Vol. 5. № 2. P. 260-267.
2. Рынок микроэлектроники [электронный ресурс]: LPC1768 32-разрядный. URL: http://catalog. gaw.ru/index.php?page=component_detail&id=17701.
© Арбатский И. В., Драко Е. С., Беляев Б. А., 2011
УДК 621.372.2.052.3.018.78
И. Г. Бевзенко Научный руководитель - Т. Р. Газизов Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, Томск
СОЗДАНИЕ АНТИПОДА ЗА СЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ ОТРЕЗКА
ПЛОСКОГО ТРЕХПРОВОДНОГО КАБЕЛЯ
Рассмотрено явление разложения и восстановления импульса в кабеле марки ВВГп-3^1.5. Выполнено моделирование структуры из двух отрезков. Показано, что антипод можно получить за счет изменения геометрической формы отрезка исследуемой структуры.
Важную роль в обеспечении нормального функционирования электронной аппаратуры космических аппаратов (КА) играет помехозащищенность. Часто помехи передаются по проводникам, что приводит к нарушению нормального функционирования электронной аппаратуры КА. Новой угрозой стали сверхкороткие импульсы, способные вывести аппаратуру из строя.
В работе [1] показано, как проблема защиты от сверхкоротких импульсов может усугубиться из-за явления разложения и последующего восстановления импульса (РПВИ). Для реализации РПВИ необходимо, чтобы один отрезок линии передачи был относи-
тельно другого модальным антиподом, т. е. имел обратный знак разности погонных задержек мод. Показано, что получение отрезка - антипода возможно путем изменения значения относительной диэлектрической проницаемости среды (ег) [2-5]. Есть предположение, что антипод можно получить, изменяя только расположение проводников и диэлектриков, оставляя при этом одинаковую гг в обоих отрезках исследуемой структуры.
Цель работы - исследовать возможность создания антипода за счет изменения геометрической формы отрезка на примере плоского трехпроводного кабеля марки ВВГп-3*1,5.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
Моделировалась структура из двух отрезков, отрезок 2 является антиподом относительно отрезка 1, геометрическая форма отрезка 2 выбиралась из множества возможных вариантов произвольным образом. Эквивалентная схема структуры изображена на рис. 1, где Ег - генератор ЭДС, Я1-Я4 - резисторы (для согласования линии), /ь 12 - длины отрезков, У1-У6 -вычисляемые формы напряжения импульсного сигнала.
_ Я1 VI
КЕН=>-Н=к
Я2 V2
А
V3
12
Антипод
Отрезок 1 Отрезок 2
¥4
V5 Я3 ,
-ниН
¥6 Я4
Рис. 1. Эквивалентная схема исследуемой структуры
В системе компьютерного моделирования электромагнитной совместимости ТЛЬвЛТ [6] построено поперечное сечение отрезка 1 кабеля марки ВВГп-3*1,5 с воздушным зазором между слоями изоляции (рис. 2, а, где £г1 = 1, ег2 = 3, ег3 = 3, ег4 = 1, Л - активный проводник, к которому подключен генератор импульса; О - опорный проводник (схемная
земля на рис. 1); П - пассивный проводник, Н - толщина внешней изоляции). На рис. 2, б показан увеличенный фрагмент воздушного зазора, толщиной И = 0,02 мм. На рис. 2, в показано поперечное сечение отрезка 2. Воздействие подается между активным и опорным проводниками, а напряжение вычисляется относительно опорного проводника. Длина отрезка 2 оставалась неизменной (12 = 5,5 м), длина отрезка 1 подбиралась согласно (1), где Дт и Лт2 - разность погонных задержек четной и нечетной мод отрезков 1 и 2. Параметры импульса воздействия: форма -трапеция; время нарастания = 100 пс; время спада tf = 100 пс; время плоской вершины t¿ = 200 пс, амплитуда ЭДС 2 В. На рис. 2, г показаны формы сигналов в активной линии.
Н = -/2-Дт:/Дт2 = 2,47 (м), (1)
Дт! = те1 - то1 = 5,09 - 4,77 = 0,32 (нс), (2) Дт2 = те2 - то2 = 4,58 - 4,72 = -0,14 (нс). (3)
Из формул (2-3) видно, что отрезок 2 имеет обратный знак разности погонных задержек мод относительно отрезка 1, следовательно, можно получить антипод за счет изменения геометрической формы.
8Г1
еГ2
. ■.......\ V ?......\ V /" \
\ Ч .....
Ч 8Г3 ег4 еГ2
*
8г1 ,■■:■"■"■--""........—ег2 1 -
/У хч А
,■'/'',■■" Бгэ'■■■■ ■ ■,''■■;■■, 0
Л'(А ")!(> ")) \\<мч :: 1 ! \ / !: 0 4 -
" (' СО Л \ ег4 // '
% \\~yj
//
б
V, В ¥1
¥32
¥31
¥5
0 3 12 15 38
1, нс
Рис. 2. Поперечное сечение отрезка 1 (а), увеличенный фрагмент зазора (б), отрезок 2 (в), формы сигналов в активной линии временного отклика (г)
г
а
Из рис. 2, г видно, что явление РПВИ имеет место. Данное явление можно объяснить областью гг по которой распространяется дифференциальная мода (ДМ). Т. е. в отрезке 1 (рис. 2, а) ДМ распространяется в диэлектрике и в воздухе, а в отрезке 2 (рис. 2, в) в основном в диэлектрике. В предыдущих работах было показано, что в круглых центрально симметричных кабелях нельзя получить явление разложения импульса (РИ) и РПВИ. Однако теперь ясно, что явление РИ и РПВИ можно получить в круглых центрально не симметричных кабелях (рис. 2, в). В следующих работах планируется исследовать влияние расположения активного и пассивного проводника относительно друг друга в горизонтальной плоскости отрезка 2 исследуемой структуры.
Работа выполнена при поддержке Минобрнауки России в соответствии с договором 2148 от 05.07.2010 в порядке реализации постановления № 218 Правительства РФ.
Библиографические ссылки
1. Заболоцкий А. М., Газизов Т. Р. Разложение и восстановление импульса в линиях передачи. Электромагнитные волны и электронные системы. 2006. № 11. С. 4-7.
2. Бевзенко И. Г., Заболоцкий А. М., Газизов Т. Р. Вариант антипода для кабеля марки АППВ-3^6 // Электронные и электромеханические системы и устройства : науч.-техн. конф. молодых специалистов. 10-11 апреля 2008 г. Томск : НПЦ «Полюс», 2008. С. 69-71.
3. Бевзенко И. Г., Заболоцкий А. М. Влияние параметров дополнительного диэлектрического слоя на погонные задержки кабеля марки АППВ-3^6 // СТТ 2008 : XIV Междунар. науч.-практ. конф. 24-28 марта 2008 г. Томск : ТПУ, 2008. С. 13-14.
4. Бевзенко И. Г., Заболоцкий А. М. Исследование зависимости модуля разности погонных задержек в трехпроводных силовых кабелях // Научная сессия ТУСУР : Всерос. науч.-техн. конф. студентов, аспи-
Секция ««Электронная техника и технологии»
рантов и молодых ученых. 5-8 мая 2008 г. Томск, 2008. С. 45-47.
5. Бевзенко И. Г. Возможность создания скрытого модального антипода кабеля марки ВВГп-3*1,5 // Электронные средства и системы управления : VI
Междунар. науч.-практ. конф. г. Томск, 13-16 октября 2010 г. Томск, 2010. 6. URL: www.talgat.org.
© Бевзенко И. Г., Газизов Т. Р., 2011
УДК 621.311
В. Н. Докучаев Научный руководитель - И. Я. Шестаков Чешский технический университет, Прага Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
НАГРЕВ ЖИДКОСТИ В МЕЖЭЛЕКТРОДНОМ ЗАЗОРЕ
Приведены основные результаты научной работы по изучению нагрева технической воды в зазоре двух электродов из стали и титана, проводимой в Чешском техническом университете.
В процессе отработки технологий очистки промышленных стоков гальванических производств от ионов металлов нестационарным электрическим полем и электрокоррекции водородного показателя промывных вод был обнаружен эффект интенсивного разогрева жидкости.
При дальнейшем изучении данного теплофизиче-ского процесса были проведены экспериментальные исследования с применением электрохимической ячейки. Которая состоит из двух электродов стального и титанового, соединенных диэлектриком, при этом внутри ячейки удерживается нагреваемая жидкость (схема лабораторной установки приведена на рисунке). В качестве электролита мы использовали техническую воду. Методика проведения опытов следующая. На электроды через стабилизатор подается переменное напряжение частотой 50 Гц. В результате непосредственно через нагреваемую среду потечёт ток между электродами с выделением тепла, как в нагреваемой среде, так и на поверхности электродов. Удельная мощность, используемая при опытах 0-300 Вт/л.
Минимальная удельная энергозатраты в технической воде составили п = 1 - 1,3 Вт • ч/л • С (Для традиционных теплогенераторов эта величина составляет П = 1,3 - 1,6 Вт • ч/л • С ). Были оценены потери тепла связанные с нагревом электродов, они составили 10-15 % от общего вводимого тепла.
В результате проведенных экспериментов нами был обнаружен ряд эффектов. Мы наблюдали повышение температуры электролита после отключения от электросети. Данная система инерционна, что говорит о возможности использования импульсного режима работы.
Так же было замечено, что происходит изменение хода нагрева. При температурах 25-30 °С нагрев происходит менее интенсивно, чем при температурах 22-25 °С.
Схема лабораторной установки
Предполагаемый механизм повышенной эффективности электронагревателя основывается на неравнозначности тепловых эффектов химических реакций образования окислов углерода в анодный полупериод и восстановления окислов в катодный полупериод электрического тока. Газообразования на поверхности электродов во время нагрева не обнаружено.
Электрохимический нагрев воды приводит к энерго- и ресурсосбережению, так как расходуемым веществом является вода, а электроды выполнены из недефицитных материалов.
© Докучаев В. Н., Шестаков И. Я., 2011
