CC BY
15
шторка 12 выведена из зазора) поступает на входной торец, являющийся гипотенузной гранью призмы 11. Внутри призмы каждый световой поток дважды испытывает полное внутренне отражение от катет-ных граней, выходит из призмы через гипотенузную грань и попадает на входной торец соответствующего коллимирующего градана 13. С помощью второй группы световодов 14 оптические потоки с выходов коллимирующих граданов поступают в оптический мультиплексор 15, где промодулированные потоки складываются и с помощью приемного световода 16 передается на фотоприемник 17. В фотоприемнике 17 оптическое излучение преобразуется в пропорциональный ему электрический сигнал. Усилитель 18 усиливает этот сигнал и смещает его таким образом, что уровни сигнала с усилителя 18 располагаются между 1 и 1+1 уровнями квантования АЦП 19 (рис. 3). Данное смещение обеспечивает однозначное соответствие
между выходным кодом АЦП ( и и и ) и входным
О' 1• • • п—1
кодом устройства ( Хг- X X ■, ) сбора информации, О ? 1 • • • п—1
который задается положениями бинарных преобразователей. АЦП 19 преобразует сигнал в код, соответствующий положению бинарных преобразователей
Заключение
Рассмотренная конструктивная схема ВОЦАП может быть положена в основу создания мультиплексированной системы сбора информации с бинарных преобразователей. За счет использования волоконно-оптических линий связи в составе ВОЦАП возможно на порядок снизить массу каналов передачи информации с бинарных датчиков по сравнению
с их проводниковыми аналогами. С помощью прямоугольной призмы Порро предлагается решить задачу уменьшения габаритов устройства сбора информации и повышения удобства эксплуатации преобразователя вследствие одностороннего расположения элементов приемного и излучающего каналов относительно мультиплексирующего элемента. Введение в усилителе смещения обеспечивает однозначное соответствие между выходным кодом АЦП (
U0, UVUn—\
входным
устройства
(
Х^ Хл X •, ) сбора информации, который задается 0' 1 " ■ n—1
положениями бинарных преобразователей.
, и0||/2т
Рисунок 3 - Смещение сигнала усилителя в составе устройства сбора информации
)
и
ЛИТЕРАТУРА
1. Гречишников В.М. Мультисенсорные волоконно-оптические преобразователи транспортных систем [Текст] / В. М. Гречишников, Г. И. Леонович, А. С. Лукин [и др.] // Изв. Самар. науч. центра РАН. Спец. вып.: Перспективы и направления развития транспортной системы. Самара, 2007. - С. 95-99.
2. Гречишников В.М., Теряева О.В.Устройство сбора информации на основе волоконно-оптического цифро-аналогового преобразователя // Решетневские чтения: материалы XVII Междунар. науч. конф., посвящ. памяти генер. конструктора ракет.-космич. систем акад. М. Ф. Решетнева (12-14 нояб. 2013 г., Красноярск): в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. - Красноярск, 2013. - Ч. 1. - 522 с., с.221-223.
3. Зеленский В.А., Гречишников В.М. Бинарные волоконно-оптические преобразователи в системах управления и контроля. [Текст]: монография - Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2006. - 120 с.ISBN 5-93424258-0.
4. Гречишников В.М., Теряева О.В. Оптоэлектронные цифровые преобразователи угла с весовым уплотнением каналов // Международный симпозиум "Надежность и качество", 25-31 мая 2015 года, Пенза, ПензГУ, 2015 г., С. 46-50.
5. Северцев Н.А. Системный анализ определения параметров состояния и параметры наблюдения объекта для обеспечения безопасности //Надежность и качество сложных систем. 2013. № 1. С. 4-10.
6. Евстифеев A.A. Модели минимизации направленного ущерба транспортной системы при отсутствии информации / A.A. Евстифеев, Н.А. Северцев // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 2009. № 11. С. 137-145.
7. Патент 2583738 РФ. Волоконно-оптический цифро-аналоговый преобразователь / В. М. Гречишников, О. В. Теряева // Изобретения. Полезные модели. 2016.
УДК 621-396
Гречишников В.М., Теряева О.В.
ФГАОУ ВО «Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)» (СГАУ), Самара, Россия
ТРЕХФАЗНЫЙ ИНТЕРПОЛЯТОР КАНАЛА ТОЧНОГО ОТСЧЕТА ЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
В статье рассмотрен принцип построения и обобщенная математическая модель канала точного отсчета на основе интерполяции трехфазной системы сигналов. Устройство предназначено для использования в составе двухотсчетных преобразователей перемещения. Реализация устройства позволит упростить оптическую схему преобразователя при сохранении информационной емкости.
Ключевые слова:
трехфазный интерполятор, преобразователь перемещения, цифро-аналоговый преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, конструкция, функция преобразования.
Введение
Схемы интерпояционных каналов двухотсчетных цифровых преобразователей перемещений со встроенными волоконно-оптическими линиями связи на основе формирования и цифровой обработки сигналов треугольной формы позволяют существенно упростить конструкцию волоконно-оптических линий связи за счет повышения информационной загрузки оптического кабеля. Обычно число каналов интерполятора кратно двум. Известен интерполятор на основе трёхфазной системы сигналов [1, 2], однако, он реализует алгоритм последовательного
счета, который характеризуется недостаточной эксплуатационной надёжностью. В [3] приведена конструкция интерполятора на основе обработки в преобразователе напряжения в код (ПНК) двух треугольных сигналов. Однако из-за существенной нелинейности формируемых сигналов, вызванной влиянием дифракции и инструментальной погрешности его информационная емкость ограничена на уровне 4-5 бит.
Формирование линейо-пилообразного сигнала с периодом кратным степени числа 2 из трёхфазной
системы сигналов, позволяет согласовать его с младшим двоичным разрядом грубого отсчета и уменьшить на единицу количество каналов интерполятора при сохранении информационной емкости. Данный принцип получения и обработки линейо-пи-лообразного сигнала реализован в преобразователе
перемещения в код [4]. Он содержит группу фотоприемников, группу нормирующих усилителей, группу компараторов, дешифратор, аналоговый коммутатор, усилитель, ПНК, микроконтроллер (рис. 1).
Рисунок 1 - Цифровой преобразователь перемещения с трехфазным интерполятором в канале точного
отсчета
Преобразователь перемещения в код работает входы фотоприемников 1-3 поступают сигналы,
следующим образом- При движении кодовой дорожки сдвинутые в пространственной фазе на 120° . 18 влево из положения, показанного на рис. 2, на
Рисунок 2 - Взаимное расположение элементов кодовой дорожки и фотоприемников
Далее, после преобразования усилителях 4-6, сигналы и — Щ
в нормирующих (рис. 3, диа-
анало-
1
грамма а) попарно подаются на входы шести компараторов 7-12, где происходит их взаимное сравнение. Выходные сигналы компараторов Пь.Мб, представляют собой единичный позиционный код (ЕПК) (рис. 3, диаграммы б-ж). ЕПК поступает на входы дешифратора 13, где преобразуются в трехразрядный двоичный код {а,| номера участка к , (
к = 1...6 ) (рис. 3, диаграммы з-к) . Трехразрядный
двоичный код определяет значение десятичного
кода N номера участка суммарного сигнала: к
В соответствии с номером участка говый коммутатор 14 пропускает на свой выход внутренние участки сигналов щ(х) , Щ(х), Щ(х)
нормирующих усилителей 4-6,
Соответствие значений Таблица 1
и разрядных цифр управляющего кода {а. } :
Ык = ]Г а, 2', к = 1...6
и управляет работой аналогового коммутатора 14. Соответствие значений и разрядных цифр
}к N а а1 а°
1 0 0 1
2 0 1 0
3 0 1 1
4 1 0 0
5 1 0 1
6 1 1 0
управляющего кода
{а, }к
приведено в таблице 1.
'=0
Рисунок 3 - Диаграмы работы цифрового преобразователя перемещения с трехфазным интерполятором в
канале точного отсчета
совокупность которых представляет собой вспомогательный сигнал (рис. 3, жирная линия на диаграмме а):
и^ = Ищ (х) + Ищ (х) + И3и3 (х) + +Ищ (х) + Ищ (х) + Ищ (х)
где ...И6 - код номера участка.
Поскольку на каждом участке только один из кодов Ипринимает значение единицы, то суммарный сигнал и на каждом из участков будет определяться возрастающим или убывающим значением одного из сигналов щ(х) , Щ(х) , Щ(х)
С помощью усилителя 15 вспомогательный сигнал смещается относительно оси абсцисс на величину
и =и -и
ъсм ъсм ссм
и затем поступает на вход ПНК 16, входящего в состав микроконтроллера 17, где происходит формирование выходного сигнала в соответствии с нижеследующей формулой (см. рис. 3, диаграмма м):
И (х) = щ И2 х)) + И2(2 ыт + х)) + +Из(2И„ + Нщ{х)) + И4(4Ит -н^х)) +
+И5(4И„ - Ииз(х) + Иб(6И„ -Мщ (2)),
где И И - код номера участка, И - код ам-1 "' 6 т
плитуды сигналов и , И (х) И (х) - код сигналов щ (х) ... Щ (х) • Как видно из рис .3 (диаграмма м) в результате выполнения вышеописанного математического алгоритма удалось в два раза увеличить амплитуду результирующего сигнала, и следовательно отношение сигнал/шум, а также повысить линейность результирующего сигнала за счет использования наиболее линейных участков исходной трехфазной системы аналоговых сигналов.
—и (см. рис. 3, диаграмма л):
Проведенный предварительный анализ показал, что нелинейность интерполяционного сигнала может быть снижена до 0,1 %, что позволяет формировать с помощью рассмотренного интерполятора 7-9 двоичных разрядов.
Заключение
Применение схем интерполяционных каналов двухотсчетных цифровых преобразователей перемещений со встроенными волоконно-оптическими линиями связи на основе формирования и цифровой обработки сигналов треугольной формы существенно упрощает конструкцию волоконно-оптических линий связи за счет повышения информационной загрузки оптического кабеля. Формирование линейо-пилооб-разного сигнала с периодом кратным степени числа
2 из трёхфазной системы сигналов, позволяет согласовать его с младшим двоичным разрядом грубого отсчета и уменьшить на единицу количество каналов интерполятора при сохранении информационной емкости. Рассмотренная конструкция интерполятора, реализующего указанный принцип, позволяет за счет повышения линейности формируемого сигнала применить в точном отсчете ПНК большей разрядности, чем в прототипе. Это позволяет перераспределить информационную загрузку между грубым и точным каналами, переложив максимум функций по формированию выходного кода на электронный блок точного отсчета и за счет этого упростить оптическую схему канала грубого отсчета.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гречишников В.М., Теряева О.В. Оптоэлектронные цифровые преобразователи угла с весовым уплотнением каналов[Текст] // Международный симпозиум "Надежность и качество", 25-31 мая 2015 года, Пенза, ПензГУ, 2015 г., С. 46-50.
2. Зеленский В.А., Гречишников В.М. Бинарные волоконно-оптические преобразователи в системах управления и контроля. [Текст]: монография - Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2006. - 120 с.ISBN 5-93424258-0.
3. Юдин А.А. Двухотсчётный преобразователь «угол-код» с микропроцессорным устройством согласования отсчётов. [Текст] / Гречишников В.М., Юдин А.А., Борисов О.Ю. // Мат. Всероссийской научно-техн. конф. «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций» //25-27 мая 2010 г., Самара,
с.187-196.
4. Заявка на изобретение 2016108525 РФ. Преобразователь перемещения в код / В. М. Гречишников, О. В. Теряева. Дата подачи заявки 09.03.2016.
УДК 378.147
Естифеев1 Е.Р., Морозов1 И.Д., Китаев2 М.Б., Надрышин2 Р.Р.
1ВГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
Сил воздушной обороны Республики Казахстан им.
2Военный институт Казахстан
Т.Я. Бегельдинова, Актобе,
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПЬЕЗОДВИГАТЕЛЯМИ
В данной статье рассматриваются принципы работы систем управления пьезодвигателями, виды управления пьезодвигателями и некоторые зарубежные производители. В связи с развитием современного технологического и исследовательского оборудования широкое распространение получили пьезодвигатели. Вследствии чего встает вопрос об управлении пьезодвигателями, как отдельными элементами в электронике.
В связи с развитием нанотехнологий, возникла точностью порядка нескольких нанометров и менее. В современном технологическом и исследовательском оборудовании широкое распространение получили пьезодвигатели. Пьезодвигателями называют устройства, в которых механическое перемещение достигается за счёт обратного пьезоэлектрического эффекта. Материалы, составляющие основу таких приводов, называют пьезоэлектриками. Обратный пьезоэлектрический эффект заключается в изменении линейных размеров пьезоэлектрика при приложении электрического поля
Пьезодвигатели нуждаются в точном, надежном и правильном управлении ими для достижения поставленных задач для такого типа двигателей. В связи с этим необходимо понимать принцип управления пьезоэлементами, знать некоторые основные виды
необходимость перемещать микро- и наноструктуры с систем управления и основных производителей этих систем.
Для управления пьезоэлементами, обычно, требуется создание интенсивного электрического поля с напряженностью Етах= 106В/м. Источник напряжения 300-600 В создает такую напряженность в пластине толщиной 0,3-1мм. Абсолютное изменение толщины пластины составит 0,05 -0,3 мкм.
Рассмотрим связь между деформацией пьезоэле-мента и приложенным полем на примере пьезоэле-мента, выполненного в виде плоскопараллельной пластины изображенной на рисунке 1, с размерами х 12 х 1з, на верхней и нижней гранях которой нанесены проводящие электроды, соединенные с внешним источником напряжения и .
