Аналіз існуючих вимог до мікроелектронних частотних датчиків на шляху поліпшення їх технічних характеристик. Розробка і дослідження автогенераторних вимірювальних частотних перетворювачів для мікроелектронних частотних датчиків технологічного обладнання.
При низкой оригинальности работы "Вимірювальні генераторні частотні перетворювачі для промислових мікроелектронних датчиків", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
З іншого боку, у сучасному технологічному устаткуванні підвищуються вимоги до точності параметрів технологічного процесу, що вимірюються, і до надійності функціонування технологічного обладнання у цілому. Крім того, вимір частоти чи періоду вихідного сигналу датчика в МПСУ здійснюється з точністю в середньому на 3 порядки вище, ніж вимір амплітуди, причому відпадає необхідність в аналого-цифровому перетворювачі у складі системи управління. Серед частотних датчиків особливе місце займають датчики генераторного типу, що містять вимірювальні частотні перетворювачі (ВЧП), які забезпечують безпосереднє перетворення зміни інформаційного параметра чутливого елемента в зміну частоти (або періоду) вихідного сигналу датчика. Таким чином, задача дослідження і створення вимірювальних пристроїв для технологічного обладнання, які б дозволили з високою точністю фіксувати необхідні параметри технологічного процесу в умовах роботи на тлі електромагнітних шумів, і тим самим підвищили надійність функціонування технологічного обладнання у цілому є актуальною науково-прикладною задачею. Дослідження по темі дисертації проводилися у відповідності з проектом №7-1М/98 рег.№ 0198U007691, що виконувався на кафедрі фізичної і біомедицинської електроніки ЗДІА в складі комплексної програми координаційного плану, сформованого експертною Радою Міністерства освіти України по спеціальному напрямку “Приладобудування” (наказ №271 від 15.08.96 р.), складовою частиною якого були розробка, аналіз та дослідження частотних датчиків технологічного обладнання.Показано, що найбільш перспективною формою представлення вихідного сигналу датчика є частотно-модульований сигнал, а серед частотних датчиків найбільш перспективними є датчики з генераторною схемою формування вихідного сигналу, що забезпечують формування на виході датчика частоти, яка відповідає вхідному впливу. Запропоновано аналітичну модель чутливого елемента на основі комбінованого діода Шотткі, що може бути використана для розрахунку параметрів і характеристик мікроелектронних адаптивних сенсорів на основі комбінованих структур, а також може бути використана для компютерного схемотехнічного моделювання пристроїв, що містять ці структури. Як відомо, у цифрових вимірювальних системах, у тому числі в мікропроцесорних, використовуються два основних методи виміру частоти: 1. підрахунок кількості періодів вимірюваного сигналу, протягом каліброваного інтервалу, тобто часу виміру (метод прямого виміру частоти); Таким чином, при заданій чутливості чутливого елемента, підвищення чутливості датчика при використанні другого методу досягається простим підвищенням тактової частоти вимірника і не вимагає складних і дорогих схем множення частоти, використовуваних у випадку прямого виміру частоти. Показано, що доцільно, щоб схема забезпечувала лінійність зміни частоти (або періоду) вихідного сигналу стосовно зміни параметра чутливого елемента.Показано, що частотні датчики на основі ВЧП автогенераторного типу мають більш просту схемну реалізацію, у порівнянні з датчиками параметричного типу. Розроблено методику аналізу нестабільності початкової частоти ВЧП, а також розроблена методика вибору оптимальних, за критерієм нестабільності, співвідношень параметрів схеми автогенератора, що дозволяє домогтися істотного зниження нестабільності початкової частоти (для деяких схем до двох разів). Показано, що при невисоких початкових частотах, характерних для RC-генераторів, висока чутливість датчика досягається при використанні девіациї періоду коливань вихідного сигналу в якості інформаційного параметру. Показано, що поріг чутливості генераторного датчика обмежений короткочасною нестабільністю частоти (чи періоду) автогенератора, що виконує функції проміжного перетворювача. Запропоновано нову схему ВЧП на базі автогенератора з діодно-ємнісним фазозміщувачем, яка має високу лінійність характеристики перетворення в широкому (порядку 3) діапазоні зміни інформаційного параметра чутливого елемента.
План
Основний зміст роботи
Вывод
Виконані в дисертаційній роботі дослідження дали можливість зробити наступні висновки: 1. Показано, що частотні датчики на основі ВЧП автогенераторного типу мають більш просту схемну реалізацію, у порівнянні з датчиками параметричного типу.
2. Розроблено методику аналізу нестабільності початкової частоти ВЧП, а також розроблена методика вибору оптимальних, за критерієм нестабільності, співвідношень параметрів схеми автогенератора, що дозволяє домогтися істотного зниження нестабільності початкової частоти (для деяких схем до двох разів).
3. Показано, що при невисоких початкових частотах, характерних для RC-генераторів, висока чутливість датчика досягається при використанні девіациї періоду коливань вихідного сигналу в якості інформаційного параметру.
4. Показано, що поріг чутливості генераторного датчика обмежений короткочасною нестабільністю частоти (чи періоду) автогенератора, що виконує функції проміжного перетворювача. Розроблено нові шумові моделі для RC- і LC- генераторів, виконаний аналіз шумових моделей автогенераторів різних типів на ОП і дана порівняльна оцінка їх флуктуаційної нестабільності.
5. Запропоновано нову схему ВЧП на базі автогенератора з діодно-ємнісним фазозміщувачем, яка має високу лінійність характеристики перетворення в широкому (порядку 3) діапазоні зміни інформаційного параметра чутливого елемента.
6. Досліджено процеси самозбудження нової схеми автогенератора, що має нелінійне частотнозалежне коло ПЗЗ, і лінійне коло НЗЗ. Сформульовано умови самозбудження автогенератора як на основній, так і на вищих гармоніках.
7. Виконано експериментальні дослідження лінійності характеристики перетворення, нестабільності початкової частоти і швидкодії на фізичному макеті ВЧП.
8. Розроблено регресійну модель нелінійності характеристики перетворення ВЧП, на основі якої запропонована методика вибору параметрів схеми, що забезпечує мінімізацію погрішності чутливості датчика.
9. Розглянуто можливість застосування діодів Шотткі для адаптивних частотних датчиків. Розроблено аналітичну модель чутливого елемента на основі комбінованого діода Шотткі, що може бути використана для схемотехнічного моделювання пристроїв, що містять ці структури.
10. Викладені в дисертації, схемні рішення ВЧП, а також методики розрахунку, використані при розробці МПСУ для установки ультразвукового зварювання, з метою оптимізації технологічного процесу зборки силових транзисторних модулів на основі IGBT.
3. Костенко В.Л., Омельчук Н.А., Семенов В.В. Анализ характеристик автогенераторных частотных датчиков. // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск “Проблеми сучасної електротехніки”. Частина 8. - К.: Інститут електродинаміки НАН України, 2000р. - С.89-94.
4. Семенов В.В., Омельчук Н.А. Анализ процессов самовозбуждения автогенератора на частотах высших гармонических составляющих. // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск у 3-х частинах. Частина 1. - К.: Інститут електродинаміки НАН України, 2001р. - С.105-108.
5. Костенко В.Л., Омельчук Н.А. Параметрические датчики с частотно-модулированным выходным сигналом. // Інтегровані технології та енергозбереження. №3 - Харків: ХДПУ, 2001р. - С.111-119.
6. Омельчук Н.А., Семенов В.В., Костенко В.Л. Применение модели нелинейности характеристики преобразования для оптимизации параметров автогенераторных частотных датчиков. // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск “Проблеми сучасної електротехніки”. Частина 5. - К.: Інститут електродинаміки НАН України, 2002р. - С.99-103.
7. Костенко В.Л., Омельчук Н.А. Динамическое запоминающее устройство на основе однотранзисторных функционально-интегрированных элементов. // Компоненты и материалы электронной техники. - К.: УМК ВО, 1989г. - С. 145-150.
8. Левинзон Д.И., Костенко В.Л., Омельчук Н.А. Микроэлектронный сенсор давления на основе комбинированного транзистора. // Состояние, проблемы и направления развития производства цветных металлов на Украине. Сб. научных трудов. - Запорожье, ЗГИА, 1997г. - С.357-359.
9. Патент України №44401 А. 7Н03В5/20, Н03В5/26. Регульований автогенератор/ Семенов В.В., Омельчук Н.А., Костенко В.Л. - опубл.15.02.2002. Бюл.№2.
10. Костенко В.Л., Киселев Е.Н., Омельчук Н.А., Матыскин В.И., Проскурин Н.П. Исследование взаимодействия СВЧ излучения с КТС микроэлектронных сенсоров. Отчет о научно-исследовательской работе. Номер гос. регистрации 0198U007691. ЗГИА, 2000г. - 105 с.
11. Костенко В.Л., Омельчук Н.А. К вопросу построения полупроводниковых ОЗУ на основе микроэлементов с управляющими электродами. // Совершенствование устройств памяти информационных, компьютерных и робототехнических систем. Всесоюзная н.т.к., Тезисы докладов. - М.: Радио и связь, 1988г. - С. 30-31.
12. Терещенко Л.А., Омельчук Н.А., Сидоренко С.В. Микропроцессорная система оперативного диагностирования технических объектов. // Современное состояние, проблемы и перспективы энергетики и технологии в энергостроении.(4-е Бенардосовские чтения). Тезисы докладов всесоюзной н.т.к. - Иваново: Ивановский энергетический институт. 1989г. - С.90.
13. Костенко В.Л., Омельчук Н.А., Компьютерное моделирование микроэлектронного резонансного первичного преобразователя датчика механических усилий. // Теория и техника передачи, приема и обработки информации. Сб. научных трудов 4-ой Международной конференции. - Харьков, ХТУРЭ,1998г. - С.400-401.
14. Костенко В.Л., Омельчук Н.А., Семенов В.В. Оптимизация параметров генераторов для адаптивных частотных датчиков на КТС. // Состояние и проблемы измерений. 6-я Всероссийская научно-техническая конференция. Тезисы докладов. - М.: МГТУ им. Баумана, 1999г. - С. 130
15. Костенко В.Л., Омельчук Н.А., Семенов В.В. Влияние метода измерения частоты на параметры цифровых измерительных систем с частотными датчиками. // Труды 12-ой Всероссийской научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов “Датчик -2000”. - М.: МИЭМ - 2000г., С.283-285.
16. Костенко В.Л., Омельчук Н.А., Семенов В.В. Экспериментальное исследование промежуточного преобразователя для частотного датчика. // Состояние и проблемы измерений. 7-я Всероссийская научно-техническая конференция. Тезисы докладов. - М.: МГТУ им. Баумана, 2000г. - С.111.
17. Костенко В.Л., Омельчук Н.А. Микропроцессорная система мониторинга ультразвуковой сварки с использованием частотных датчиков.// Труды 13-ой Всероссийской научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов “Датчик -2001”. - М.: МИЭМ - 2001г., С.243-245.
18. Омельчук Н.А., Семенов В.В., Костенко В.Л. Микропроцессорная система управления ультразвуковой сваркой с применением частотного датчика амплитуды колебаний. // Труди 9-й Міжнародної науково-технічної конференції "Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах". - Хмельницький: ТУП, 2002р. - С.150 - 154.
19. Омельчук Н.А., Семенов В.В. Оценка порога чувствительности автогенераторных частотных датчиков. // Труди 10-й Міжнародної науково-технічної конференції "Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах". - Хмельницький: ТУП, 2003р. - С.28.
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
