Рис.5. Функциональная схема устройства

На рис.5 показано, что устройство включает магнитопровод 1 с обмоткой возбуждения и обратной связи, которые подключены к автогенератору 2, автогенератор соединён с формирователем 3 эталонного тока у тригеру Шмитта 5 через фильтр низких частот 4. Через линию связи 7 короткозамыкатель 6 одним выводом подключен к электротехническому элементу, другим же выводом подключен к обмотке 9 наведения тестовой электродвижущей силы.

Данное устройство работает таким образом. Когда подаётся питание на устройство происходит запуск автогенератора 2. Обмотки возбуждения 10 и обратной связи 11 магнитопровода 1 имеют встречное подключение и у них есть средняя точка, подключенная к автогенератору. Это включение обмоток магнитопровода 1 даёт возможность выполнить одновременно его в качестве режекторного дросселя для того что бы подавлять продольные помехи на участке наведения тестовой электродвижущей силы. Ток подмагничивания автогенератора 2 задается формирователем 3 эталонного тока, этим самым задается значение эталонного тока, с которым происходит сравнение трансформированного измеренного значения истинного тока электрического контура: обмотка 9 магнитопровода 1 - короткозамыкатель 6 - линия связи 7 и электротехнический 8 элемент. Образуется короткозамкнутый вышеописанный контур. Когда работает автогенератор на участке подключения обмотки она наводит тестовую электродвижущую силу. Величина наводимая тестовой электродвижущей силой имеет величину, 10-150 мВ (настройкой автогенератора и числом витков обмотки 9 эту величину можно установить).

Наведенная тестовая электродвижущая сила формирует истинный ток в короткозамкнутой цепи, ток определяется сопротивлением электротехнического 8 элемента. Только линия 7 связи, длина которой 5-50 метров, становится большим электрическим контуром для наведения в нем продольной помехи переменным магнитным полем. Наведенный ток помехи складывается со значением истинного тока, наведенным тестовой электродвижущей силой, тем самым формируя в короткозамкнутой цепи какой-то общий ток. Признаки, которые обеспечивают встречное включение обмоток 10, 11 магнитопровода 1 характеризует магнитопровод как режекторный дроссель, в котором обмотки не являются индуктивными сопротивлениями по отношению к значению истинного тока. В итоге, значение истинного тока практически не ослабляется. Зато обмотки встречновключенные для возбуждения и обратной связи магнитопровода 1 для помехи оказывают сильное индуктивные сопротивления, на которых ослабляются помехи. Признаки, которые обеспечивают оппозитное расположение обмоток 10, 11 на магнитопроводе 1 приводят к значительному повышению индуктивности рассеяния. Большая индуктивность рассеяния для продольной помехи обоих обмоток представляет индуктивные сопротивления, на которых помеха преобразуется в электромагнитные поля и взаимокомпенсируются на оппозитно расположенных на магнитопроводе 1 обмотках. Это соответствует вычитанию на участке наведения тестовой электродвижущей силы из общего тока ток наводимой помехи, т.е., измерению значения истинного тока. Значение истинного тока, которое характеризует состояние и сопротивление элемента 8 электротехнического устройства, на магнитопроводе 1 сопоставляется со значением эталонного тока. Магнитопровод 1 находится в ненасыщенном состоянии, когда значение истинного тока не превышает значение эталонного Сигнал автогенератора 2 отфильтровывает высокочастотный фильтр 4 нижних частот и передаёт на вход триггера 5 Шмитта низкий аналоговый сигнал. Для преобразования пологого аналогового выходного сигнала фильтра 4 нижних частот в цифровой сигнал с крутым фронтом, согласующийся с TTL или КМОП структурой внешних устройств системы управления изделием ракетно-космической технике предназначен Триггер 5 Шмитта. Когда значение истинного тока превышает значение эталонного тока магнитопровод 1 входит в насыщение, колебания автогенератора 2 срываются, фильтр 4 нижних частот формирует высокий аналоговый уровень, который триггер 5 Шмитта перебрасывает в другое положение. Гистерезис триггера Шмитта, если короткозамыкатель выполнен в виде контактов реле, также устраняет эффект дребезга контактов.

2.6 Электрическая принципиальная схема устройства

На рис.6 изображена электрическая схема устройства, в котором в качестве электротехнического элемента использован электрический мостик пиротехнического средства. Схема датчика тока изображена на рис.6.

Данное устройство обладает следующими особенностями. К автогенератору (2) подключены: магнитопровод (1), обмотка возбуждения (10), обмотка обратной связи (11). В свою очередь автогенератор (2) подключен к потенциометру, который является формирователем эталонного тока (3); Через фильтр нижних частот (4), состоящего из резистора и конденсатора, к входу триггера Шмитта (5) подключен сигнальный вывод автогенератора; Триггер Шмитта содержит в себе два транзистора и три резистора, с помощью которых задаются его режимы работы. Обмотка наведения тестовой ЭДС (9) содержит два вывода, первый из которых подключен к выводу мостика пиротехнического устройства (8) через линию связи (7), а второй через короткозамыкатель (6) к первому. Бортовой источник питания (13) через линию связи (7) и управляющие контакты (12) подключена параллельно короткозамыкателю (6), транзистор (15) подключен эмиттером к эмиттеру транзистора (19) через обмотку обратной связи (13) и параллельно подключенные резистор (17) и конденсатор (18), а коллектором к резистору (16), транзистор (19) имеет диодное включение. К эмиттеру транзистора (19) подключен времязадающий конденсатор (20); Для снижения влияния внешних помех линия связи (7) выполнена из витой пары.

Рис.6. Электрическая схема устройства

Далее опишем работу нашего устройства. Контакты короткозамыкателя (6) и управляющего ключа (12) в начальном положении должны быть разомкнуты. Автогенератор (2) переходит в возбужденное состояние после подачи электрического тока на от источника питания (14). В свою очередь, потенциометром (3) выставляется величина тока подмагничивания. Емкость конденсатора (20), а также индуктивность обмоток магнитопровода являются параметрами влияющими на частоту автогенератора (2), называемые времязадающими. Электрический ток через формирователь эталонного тока (3) постепенно заряжает конденсатор (20), который также заряжается и при перемагничивании магнитопровода (1) через обмотки (10) и (11). Транзистор (15) открывается в момент достаточной величины разности потенциалов между средней точкой обмоток и конденсатором (20), вследствие чего электрический ток осуществляет подмагничивание магнитопровода (1) и заряд конденсатора (20). Определяющий величину тока подмагничивания в обмотках магнитопровода (1) является ток базовой цепи транзистора (15). Величина тока подмагничивания магнитопровода (1) имеет принципиальное значение для сравнения истинного и эталонного токов - чем она больше, тем меньше значение эталонного тока, так как для конкретного магнитопровода величина тока насыщения равная сумме значений тока подмагничивания и эталонного тока является константой. Разность потенциалов между обмотками (10) и (11) и конденсатором (20) уменьшается вследствие намагничивания магнитопровода (1), что в конечном итоге приводит к закрытию транзистора (15), после чего конденсатор (20) начинает разряжаться через обмотки (10) и (11). Перемагничивание магнитопровода (1) приводит к отрицательным значениям напряжения на конденсаторе (20) и в средней точке обмоток. После этого вновь начинается процесс зарядки конденсатора (20). Резистор (21) ограничивает базовый ток транзистора (15). В результате колебаний автогенератора (2), находящегося в возбужденном состоянии, наводится тестовая ЭДС. Величина тестовой ЭДС колеблется от 10 до 150 мВ. Так как наше устройство работает в температурных условиях от - 50С до + 100С, то в нем предусмотрены средства температурной стабилизации, а именно:

использование отрицательной обратной связи по току через резистор (17);

применение согласованной пары транзисторов (15) и (19) размещенных на одном кристалле микросхемы.

Высокочастотный сигнал с коллектора транзистора (15) поступает на вход фильтра нижних частот (4), который в свою очередь подает на вход триггера Шмитта (5) аналоговый сигнал низкого уровня, в следствие чего триггер Шмитта (5) на выходе имеет низкий логический сигнал. Наведенная тестовая ЭДС прикладывается на участке между линией связи (7) с мостиком ПУ (8) и короткозамыкателем (6), при замыкании которого образуется общий контур с общим электрическим током. Наведенная внешняя помеха компенсируется на обмотках (10) и (11), так как происходит вычитание тока помехи из общего тока, при этом операция вычитания тока помехи из общего тока контура определяет значение истинного тока, что собственно и соответствует измерению истинного тока, который трансформируется в обмотку возбуждения (10) магнитопровода (1). Трансформированный истинный ток складывается в обмотке возбуждения с током подмагничивания. Транзистор (15) закрывается при превышении трансформированного истинного тока эталонного тока, так как магнитопровод (1), в котором индуктивность обмотки обратной связи резко уменьшается, в свою очередь переходит в состояние насыщения. Вследствие закрытия транзистора (15) с сигнального выхода автогенератора (2) поступает аналоговый сигнал высокого уровня, который через фильтр нижних частот поступает на вход триггера Шмитта (5), в результате чего он изменяет свое состояние на логическую единицу, являющуюся признаком исправности электрического мостика пиротехнического устройства. Если при замыкании короткозамыкателя (6) значение истинного тока в контролируемом контуре будет равно нулю, то целостность мостика пиротехнического устройство нарушена, что означает что пиротехнического устройство неисправно.

Далее рассмотрим пример управления пиротехническим устройством, иллюстрирующий вариант наведения тестовой ЭДС в любом месте линии связи (7). Также покажем, что кроме вышеописанного назначения наше устройство выполняет функции контроля пережигания электрического мостика ПУ. Ключи управления (12) замыкаются, короткозамыкатель (6) остается в разомкнутым. Таким образом, через нулевое сопротивление бортового источника питания (13) образуется электрическая цепь, в которой наводится тестовая ЭДС, в месте образования которой измеряется значение истинного тока, которое превысит значение эталонного тока при их сравнении, вследствие чего колебания автогенератора (2) будут сорваны. Это является показателем целостности мостика. Время срыва автоколебаний составляет от 2 до 5 мс, оно определяется временем пережигания электрического мостика. Цепь управления пиротехническим устройством обрывается после пережигания мостика, вследствие чего значение истинного тока становится равным нулю, магнитопровод (1) переходит в ненасыщенное состояние, а колебания автогенератора восстанавливаются. Далее размыкаются ключи управления (12). Постоянный ток управления пиротехническим устройством, протекающий через обмотку наведения тестовой ЭДС (9) из-за включения обмоток (10) и (11) в виде режекторного дросселя, не влияет на величину эталонного значения тока, и тем более не вводит магнитопровод (1) в насыщенное состояние.

Глава 3. Конструктивное исполнение печатных плат, реализующих методику диагностики пироустройств на исправность

Для проектирования печатных плат была применена система PCad. Pcsd это мощная система, которая позволяет автоматизировать проектирование плат радиоэлектронных устройств. Эта программа позволяет полностью выполнять проектирование и разработку печатных плат. Т.е. не требуется дополнительных программных средств для проектирования и разработки печатных плат. Элементы добавляются интерактивно. В программе можно сделать авто трассировку проводников. И ещё несколько не мало важных моментов: PCad умеет искать ошибки, готовить документацию, проверять сигналы на целостность, анализировать перекрестные искажения. Программой может пользоваться широкий круг пользователей. Мощная справочная служба и удобный интерфейс делают программу доступной даже для новичков.

В системе PCad можно есть возможность выполнять следующие действия:

1. Общение инженеров между собой, работающих в области разработки печатных плат.

2. Обмениваться большим накопленным опытом сотрудникам в области систем автоматизированного проектирования, вне зависимости от места нахождения.

3. Оказывать помощь и поддержку специалистам, которые работают с системой автоматизированного проектирования.

4. Создавать, редактировать и делиться библиотеками радиоэлектронных компонентов.

5. Обмениваться опытом по применению системы на предприятиях, на которых установлено технологическое оборудование по производству печатных плат.

6. Позволяет общаться разработчикам с производителями, а производителям с заказчиками. Эта возможность очень помогает всем, кто профессионально занимается проектированием, производством и применением печатных плат.

Рис.7. Один слой печатной платы.

Рис.8. Один слой печатной платы.

Рис.9. Один слой печатной платы.

Рис.10. Один слой печатной платы.

В состав PCad входят два модуля:

1 модуль: редактор электрических схем Schematic;

2 модуль: редактор печатных плат PCB.

Схемы могут состоять из листов, максимальное количество которых может быть 999. Платы могут быть размером до 60 дюймов по длине ы ширине, а максимальное количество слоёв может быть 999.

Система PCad позволяет в интерактивном режиме разводить дифференциальные пары. Это значительно помогает снизить электромагнитные помехи. На рис.11 представлен вид пользовательского интерфейса. Так же в PCad можно сделать по заданным параметрам мультимаршрутную трассировку и ортогональное перетаскивание объектов.

Рис.11. Пользовательский интерфейс системы PCad.

PCad имеет ещё вспомогательные подпрограммы, помимо основных подпрограмм.

Перечень вспомогательных подпрограмм PCad:

1. Менеджер библиотек - Library Executive;

2. Редактор для символов элементов - Symbol Editor;

3. Редактор посадочных мест, корпусов элементов - Pattern Editor; и другие.

Около 30 тысяч элементов хранятся в библиотеке PCad. Все элементы сертифицированы по международному стандарту ISO 9001. Форматы Gerber и ODB++ поддерживаются полностью.

Выводы: с точки зрения электро-магнитной совместимости плата была разбита на 6 слоёв: 2 слоя питания, 2 слоя управления, 2 слоя диагностические (датчики).

Заключение

Технология контроля пиротехнических средств, представленная в настоящей работе, никогда до этого не применялась. Наиболее важные и значимые изменения этой технологии касаются повышению безопасности и надёжности проверки пиропатронов на исправность. Необходимость реализации этих изменений обусловлена тем, что работы связанные с проверкой пиротехнических устройств являются особо опасными. Это связано с тем, что вероятные аварии приводят к огромным потерям, в том числе людским. Аварии подобного рода наносят большой ущерб экологии и приводят к большим материальным затратам на ликвидацию последствий от этих аварий.

Теперь подробнее об изменениях. Наиболее важное, это питание цепи, в которой происходит проверка пиротехнических болтов осуществляется током переменного типа. Это значительно помогает снизить нагрузку, которую создаёт электрический ток на мостики пиротехнических устройств.

Создание новой ракеты-носителя является очень актуальным вопросам для всех космических держав в мире. Ракетно-космическая корпорация " Энергия ” подошла к этому вопросу с огромной ответственностью, очень основательно и серьёзно. Очень значимым новым внедрением является система, которая автономно управляет двигателем. Эта система даёт возможность управлять двигателем ракеты отдельно. Такая система может произвести запуск, совершить остановку, а так же осуществить защиту ракеты-носителя во время аварийной ситуации. Необходимо пояснить, для чего было так подробно представлена автономная система управления двигателем ракеты-носителя. Дело всё в том, что бесфидерная технология испытаний пиротехнических болтов на исправность была создана в рамках этой системы. В итоге работы, которые относятся к подготовке к запуску ракеты-носителя, стали проводится значительно безопаснее, надёжнее и эффективнее.

Вторым очень важным и значимым разделом данной работы стал раздел о блокинг-генераторе. Ключевым конкурентным преимуществом блокинг-генератора является простота его исполнения. К тому же позволяется подключать нагрузку через трансформатор. Есть несколько преимуществ, которые есть у блокинг-генераторов, благодаря которым они стали так сильно пользоваться спросом в ракетно-космической отрасли. Во-первых, это высокая скважность, которая показывает отношение частоты импульсов к длительности. Во-вторых, это срез, форма которого очень похожа на прямоугольник. А также импульсы блокинг-генератора имеют крайне маленькую длительность.

Список литературы

1. Балакин С.В. Способ испытаний на исправность электротехнических элементов и устройство для его осуществления. Патент РФ №2195004, Кл. G 04 R 31/2, 27/18. Бюл. №35, 20.12.02.

2. Александровская Л.А., Афанасьев А.П., Лосев А.А. Современные методы обеспечения безотказности сложных технических систем, М.: Логос, 2001.

3. Глебов Б.А., Блокинг-генераторы на транзисторах, М.: Энергия, 1972, С.104-110.

4. Кобелев В.Н., Милованов А.Г., Ракетно-космическая техника. Т.1. Средства выведения космических аппаратов. М.: Рестарт, 2009, С.520-530.

5. Уваров А.С., Автотрассировщики печатных плат. М.: ДМК пресс, 2006, С.21-33.

6. Сабунин А.Е., Altium Designer. Новые решения в проектировании электронных устройств. М.: Солон-Пресс, 2009.

7. Потапов Ю.В., Protel DXP. Инструменты разработчика. М.: Горячая Линия - Телеком, 2006.

8. Лопаткин А.В., P-CAD. СПб.: БХВ-Петербург, 2004.

9. Уваров А.С., P-CAD. Проектирование и конструирование электронных устройств. М.: Горячая Линия - Телеком, 2004.

10. Стешенко В.Б., P-CAD. Технология проектирования печатных плат. СПб.: БХВ-Петербург, 2003.

11. Евдокименко В.Н., Динеев В.Г., Карп К.А., Инженерные методы вероятностного анализа авиационных и космических систем. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010.

12. Фаворский В.В., Мещеряков И.В. Космонавтика и ракетно-космическая промышленность. М.: Машиностроение, 2003.

13. Черток Б., Космонавтика XXI века. Попытка прогноза развития до 2101 года. М.: РТСофт, 2010.

14. Иванов Н.М., Лысенко Л.Н. Баллистика и навигация космических аппаратов. М.: Дрофа, 2004.

15. Ковалев В.Л., Гузенко А.П., Баранов Л.Т., Прохорович В.Е., Справочник по эксплуатации космических средств. СПб.: ВКА им. А.Ф. Можайского, 2006.

16. Александров В.А., Владимиров В.В., Дмитриев Р.Д., Осипов С.О., Ракеты-носители. М.: Воениздат, 1981

17. Никитина В.А., Основы эксплуатации космических средств. СПб.: ВИКУ им. А.Ф. Можайского, 2000.

18. Грабин Б.В., Давыдов О.И., Жихарев В.И., Основы конструирования ракет-носителей космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1991.

19. Авдуевский В.С., Надежность и эффективность в технике. М.: Машиностроение, 1986.

20. Меньшиков, В.А., Рудаков, В.Б., Сычев, В.Н. Контроль качества космических аппаратов при отработке и производстве. М.: Машиностроение, 2009.

21. Гордиенко Н.И., Космонавтика. Иллюстрированная энциклопедия М., "Эксмо", 2010.

22. Дворкин В.З., Волков Е.Б., Прокудин А.И., Технические основы эффективности ракетных. М.: Машиностроение, 1989.

23. Авдуевский, В.С., Успенский Г.Р. Космическая индустрия. М.: Машиностроение, 1989.

24. Макаров Ю.Н., Актуальные проблемы неразрушающего контроля качества космической техники. СПб.: Альтеор, 2008.

25. Алифанов О.М., Андреев А.Н., Гущин В.Н., Баллистические ракеты и ракеты-носители. М.: Дрофа, 2004.

26. Бирюков Г.П., Гранкин Б.К., Козлов В.В., Соловьев В.Н. Основы проектирования ракетно-космических комплексов. Методология обоснования облика комплексов. СПб.: АЛФАВИТ, 2002.

27. Качур П.И., Глушко А.В., Конструктор ракетных двигателей и космических систем. СПб.: Политехника, 2008.

28. Кожухов, Н.С., Соловьев, В.Н. Комплексы наземного оборудования ракетной техники. М.: 1998.

29. Павутницкий Ю.В., Мазарченков В.А. Отечественные ракеты-носители. СПб.: Изд. Центр СПбГМТУ, 1996.

Размещено на Allbest.ru