CC BY
0
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 1
УДК 62-531.7
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА ВВОДА КОЛЕБАНИЙ ДЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ УСТАНОВОК
Г. Д. Гончаренко Научный руководитель - Г. М. Гринберг
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31
E-mail: grishagoncharenko@gmail.com
В представленном материале рассматриваются схемы устройства ввода колебаний для лабораторных установок, и осуществляется выбор оптимальной схемы, удовлетворяющей требованиям к проведению лабораторного практикума.
Ключевые слова: ввод колебаний, устройства ввода, лабораторный практикум, микроконтроллеры, частота, диапазон.
CHOICE OF THE OPTIMUM SCHEME OF THE OSCILLATION INPUT DEVICE
FOR LABORATORY INSTALLATIONS
G. D. Goncharenko Scientific Supervisor - G. M. Grinberg
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: grishagoncharenko@gmail.com
In the presented material, the schemes of the oscillation input device for laboratory installations are considered and the choice of the optimal scheme that meets the requirements of the laboratory workshop is carried out.
Key words: oscillation input, input devices, laboratory workshop, microcontrollers, frequency, range.
В наше время учебные лаборатории требуют высокого технологического оснащения, целью которого служит научить студентов проводить определённый вид испытания, в ходе проведения лабораторных практикумов.
Лабораторный практикум - это потенциально наиболее значимый и результативный компонент естественно-научной, общей профессиональной и специальной подготовки в области техники и технологий [1].
В частности, для проведения практикумов, на которых будет изучаться метод акустико-топографического контроля требуется простое устройство с возможность ввода колебаний заданной частоты. Для более сложный и результативных испытаний требуется устройство с возможность изменения частоты в автоматическом режиме по предварительно заданной программе.
Существует ряд способов возбуждения ультразвуковых колебаний, в том числе механический, цифровой, лазерный, магнитный и др. В практике диагностирования для получения и ввода колебаний применяют специальные устройства - преобразователи, основанные на использовании электромагнитно-акустического (ЭМА) и пьезоэлектрического эффектов.
Секция «Автоматика и электроника»
Наиболее распространенным является способ, основанный на явлении пьезоэлектрического эффекта. Физическая сущность этого эффекта заключается в том, что при механическом растяжении или сжатии на поверхности пластин некоторых твердых материалов появляются электрические заряды противоположного знака - возникает прямой пьезоэффект [2].
Приборы, созданные на основе данного эффекта, имеют высокую точность, порядка 0.01 Гц и диапазон частот от 1 Гц до 20 МГц.
Несмотря на некоторые преимущества пьезоэлектрического эффекта, система с данным типом генерации частот требует дорогостоящих компонентов для программируемого блока управления, что в свою очередь сказывается на конечной стоимости лабораторной установки. Чем дороже оборудование, тем сложнее обеспечить им все нуждающиеся лаборатории.
Проблемы пьезоэлектрических систем решает цифровой метод формирования сигнала. Синусоидальный сигнал есть, по сути, решение уравнения Y = Sin(X), при линейно изменяющемся значении аргумента X. Для получения цифрового сигнала из микроконтроллера нам необходимо подать значения функции на цифроаналоговый преобразователь. Это значит, что для получения синусоидального сигнала, нам необходимо знать значения функции Y при каждом значении аргумента X. Для обеспечения высокой точности вычисляемых значений необходим высокопроизводительный процессор, или модуль для работы с плавающей точкой.
Благодаря развитию микроэлектроники появилось множество микропроцессоров, позволяющих получать сигнал с высокой точностью, низким уровнем помех, широким диапазонам значений и различным типом сигнала. В этом можно убедиться на примере программируемого тактирующего генератора AD9833, имеющего рабочий диапазон от 0 до 12.5 МГц и точность порядка 0.05 Гц, а благодаря 25 миллионам выборок в секунду нивелируются случайные ошибки внутри контроллера [3].
Схемы, построенные с помощью цифрового метода формирования сигнала и использующие современные микроконтроллеры, в разы дешевле своих аналогов, в которых применяются другие варианты формирования синусоиды. Они так же имеют необходимый диапазон и точность для проведения лабораторных практикумов по изучению акустико-топографического контроля.
Система, состоящая из тактирующего генератора и контроллера Arduino, может за короткий срок быть настроена и запрограммирована на проведения испытаний с любыми параметрами длительности и частоты подаваемого сигнала, при этом не требуется специфических знаний для оперативного внесения корректировок в программу тестирования.
Из вышесказанного можно сделать вывод, что оптимальной схемой ввода колебаний для лабораторных установок является схема с цифровым методом формирования сигнала, так как она имеет низкую стоимость, необходимую точность, обеспечивает требуемый диапазон частот, а также позволяет достаточно просто и быстро создать программу тестирования.
Библиографические ссылки
1. Современная концепция реализации лабораторного практикума в техническом университете [Электронный ресурс]. URL: http://edu.kspu.ru/file.php/1/hrestomatia/part12.html (дата обращения: 10.04.2022)
2. Способы получения и ввода ультразвуковых колебаний. [Электронный ресурс]. URL: https://clck.ru/fWWn9 (дата обращения: 11.04.2022).
3. CJMCU-9833, программируемый генератор импульсов. Спецификация [Электронный ресурс]. URL: https://clck.ru/fWZvn (дата обращения: 17.03.2022).
© Гончаренко Г. Д., 2022
