Лабораторный измеритель линейных ускорений с емкостным датчиком - Дипломная работа

Датчики линейного ускорения широко используются для измерения, ускорений, сил инерции, ударных нагрузок и вибрации. В настоящее время промышленность изготавливает много разновидностей датчиков линейного ускорения, имеющих различные принципы действия, диапазоны измерения ускорений и другие функциональные характеристики, массу, габариты и цены.Принципиальная схема работы такого датчика приведена на рисунке 1.1, где 1 - калибратор AT01m; 2 - эталонный датчик колебаний ADXL150; источник питания GPS 3030D; 4 - милливольтметр В3-39. Предварительно необходимо провести регулировку электрической емкости конденсатора C1 (рисунок 1.1) таким образом, чтобы ее значение соответствовало исходному значению электрической емкости экспериментального образца. Принципиальная схема стенда для испытаний емкостного модуля образцов компонентов инерциальных датчиков приведена на рисунке 1.2, где 1 - вибростенд с интегрированным усилителем; 2 - генератор низкочастотный Г3-120; 3 - источник питания GPS 3030D; 4 - милливольтметр В3-39; 5 - осциллограф АСК 3106, подсоединенный к персональному компьютеру; 6 - генератор опорной частоты (f=500 КГЦ); 7 - блок обработки сигнала от емкостного модуля; 8 - экспериментальный образец; 9 - эталонный датчик колебаний ADXL150. Потенциометрический датчик представляет собой переменный резистор, к которому приложено питающее напряжение, его входной величиной является линейное или угловое перемещение токосъемного контакта, а выходной величиной - напряжение, снимаемое с этого контакта, изменяющееся по величине при изменении его положения. Принципиальная схема такого датчика представлена на рисунке 1.4.Блок микропроцессор представляет собой ATMEGA128 - маломощный 8-разр. За счет выполнения большинства инструкций за один машинный цикл ATMEGA128 достигает производительности 1 млн. операций в секунду/МГЦ, что позволяет проектировщикам систем оптимизировать соотношение энергопотребления и быстродействия. Отличительные особенности: высокопроизводительный, маломощный 8-разрядный AVR-микроконтроллер; развитая RISC; производительность до 16 млн. операций в секунду при тактовой частоте 16 МГЦ; энергонезависимая память программ и данных; износостойкость 128-ми кбайт внутрисистемно перепрограммируемой флэш-памяти: 1000 циклов запись/стирание. Расположение выводов у ATMEGA128 представлено на рисунке 2.2. A - 8-разр. порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами (выбираются раздельно для каждого разряда).Принцип действия системы: сигнал, поступает на емкостной датчик датчик. После того как сигнал отфильрован, он поступает на микроконтроллер, где происходят разные вычисления, после всех выполненных вычислений сигнал поступает на экран персонального компьютера.Блок АЦП представляет собой 13 разрядный сигма-дельта АЦП AD7550АЦП многотактного интегрирования имеют ряд недостатков. Во-первых, нелинейность переходной статической характеристики операционного усилителя, на котором выполняют интегратор, заметным образом сказывается на интегральной нелинейности характеристики преобразования АЦП высокого разрешения. В-третьих, АЦП многотактного интегрирования должен быть снабжен довольно большим количеством внешних резисторов и конденсаторов с высококачественным диэлектриком, что значительно увеличивает место, занимаемое преобразователем на плате и, как следствие, усиливает влияние помех. Эти недостатки во многом устранены в конструкции сигма-дельта АЦП (в ранней литературе эти преобразователи назывались АЦП с уравновешиванием или балансом зарядов). Работа этой схемы основана на вычитании из входного сигнала Uвх(t) величины сигнала на выходе ЦАП, полученной на предыдущем такте работы схемы.Конструкция датчика линейных ускорений представляет собой пластмассовый корпус и крышку. Петли, на которых держится прибор, вылиты из пластмассы, что удешевляет прибор, и дает возможность сделать его единым изделием. На одной из боковых панелей корпуса размещены разъемы для питания блока (тип DB9), разъемы крепятся к плате, при помощи пайки, для обеспечения удобства конструкции. Крышка прибора размещена на уровне разъема, что обеспечивает удобство доступа ко всем элементам прибора, если возникнет потребность, при удалении любой неисправности конструкции прибора. Печатная плата измерительного блока сделана из стеклотекстолита, устанавливается внутри прибора горизонтально и крепится к нижней крышке корпуса с двух сторон винтами М3-6g*20.14H ГОСТ 1481-84, с другой - винтами М3-6g*10.14H ГОСТ 1481-84.Исходя из того, что процесс эксплуатации исследуемого устройства не связан с воздействием больших перегрузок или жесткими климатическими условиями, будем считать, что на аппаратуру действуют нагрузки связанные с автомобильными перевозками.[7] Выполним расчет на прочность и жесткость ПП из фольгированного стеклотекстолита, толщиной 2 мм с креплением в 4 точках. На плате установлены: резисторы МЛТ-0,125-10 шт.; конденсаторы К50-6 10МКФ - 2 шт., К10-57 22МКФ - 4 шт., К10-57 100МКФ - 2 шт.; резонатор кварцевый 1.000 МГ

Содержание

Введение

1. Анализ существующих методов измерения линейного ускорения

1.1 Емкостной метод

1.2 Пьезоэлектрический метод

1.3 Потенциометрический метод

2. Разработка структуры системы

2.1 Структурная схема

2.2 Принципиальная схема

2.3 Выбор элементов

3. Конструкция системы

3.1 Расчет выводов навесного элемента

3.2 Расчет печатной платы

3.3 Расчет тепловой характеристики блока

4. Разработка технологического процесса сборки платы измерителя линейного ускорения

4.1 Анализ технологичности

4.1.1 Качественная оценка технологичности

4.1.2 Количественная оценка технологичности

4.2 Разработка технологической схемы сборки печатного узла

4.3 Разработка маршрутной технологии

5. Охрана труда

5.1 Выявление и анализ опасных и вредных производственных факторов

5.2 Разработка мероприятий по предотвращению или ослабления возможного воздействия опасных и вредных производственных на работающих

5.2.1 Описание вредного фактора для производства и причины его возникновения

5.2.2 Разработка мероприятий по предотвращению или ослабления возможного воздействия вредного производственного фактора на работающих

6. Экономическая часть. Расчет себестоимости и цены блока микроэлектромеханического датчика линейных ускорений

6.1 Описание изделия

6.2 Расчет себестоимости и цены программного продукта

Заключение

Библиографический список

Датчики линейного ускорения широко используются для измерения, ускорений, сил инерции, ударных нагрузок и вибрации. Они находят широкое применение на транспорте, в медицине, в промышленных системах измерения и управления, в инерциальных системах навигации. С 1965 года начали создавать датчики линейных ускорений на базе технологии МЭМС. Уменьшение в размерах привело к массовому серийному производству. В настоящее время промышленность изготавливает много разновидностей датчиков линейного ускорения, имеющих различные принципы действия, диапазоны измерения ускорений и другие функциональные характеристики, массу, габариты и цены.

По принципу действия различают следующие типы акселерометров: емкостные, индукционные, резистивные, пьезоэлектрические, тензорезистивные, тепловые, туннельные.

В данной работе основное внимание уделено разработке таких разделов: структурной и принципиальной схем, конструкции блока измерителя линейного ускорения, технологического процесса сборки платы измерителя линейного ускорения.

Основные результаты работы опубликованы на конференциях. [1, 2]