Реферат: Технологические средства автоматизации

Вопрос 5.

??????????? ???????????? ??????????????? ?????????? ???? ??????????????????? ????????????. ? ????? ? ???? ?????? ??????? ?????????? ??????????????? ???????? ?????????????? ????????? ??????????? ????????, ? ????????? ???????? ???????????????? ????????? ?????????? ????????????????? (????).???????????? ?????? ?????????? ????????, ?????????????? ?????????? ????, ?? ????? ?????????????? ??? ???????? ?????????, ?.?. ??????????? ???????? ?????????????? ? ??? ??????????? ?????????????.?????????? ?????????? ?????????????????, ???????????? ??? ???????????? ?????? ?????????? ???? ????????-????????? ??? ??????? ???????????? ?????????? ???????????, ????????, ????????, ? ?????? ????????????? ????????? ????????????? ????????????? ?? ?? ????????? ????????.?????? ? ?????? ???? ?????????? ?? ?????? ??????? ???????, ??? ????????? ????????????? ?????? ? ??????? ???????????? ????????? ?????????????? ? ???????? ?????? ????? ?????????, ? ????? ????????? ??????? ?????? ?? ?????? ??????????? ?????????????? ???????? ?? ???????????? ??? [1,2].?????? ?????????? ?????????? ???????????????????? ???? ?????????????? ? ??????? ????????? ??????????? ?????? ????? ??????????, ??????? ???????????? ? ??????? ??????? ??????? 4?4 ?????????? ? ??? ????????? ????????? ? ??????????? ????????????? ??????, ???????????? ? ?????????????? ?????????. ????? ???? ???????? ???????? ????????? ?????????? ????????????? ????? ??? ????????? ???????????? ?? ?????, ? ???? ????? ????????? ??????????? ?? ????????? 16, ?? ????????????? ? ??????? ?????????? ? ????????? ????????? ?????????.????? ???????, ?????? ???? ?????????? ? ????????? ???????????????? ??????: ?? ?????? - ???????????? ?????? ??????? ??????????????? ?????? ?????? ??????????, ?? ?????? - ?? ???? ??????? ???????? ????????????? ?????, ?? ??????? - ????????????? ?? ??????, ?????? ?????? ? ??????, ???????? ??????????, ????? ??????????? ? ??????? ?????????? ? ? ?????? ?????????? ?????? ? ?????? ???? ????? ??????????? ?? ??????????.

Вопрос 14.

Индуктивные преобразователи линейных перемещений предназначены для преобразования линейных перемещений в электрические сигналы.

*Коэффициент преобразования: выходной сигнал преобразования при нагрузке 1кОм / смещение якоря преобразователя / напряжение питания.

**Нелинейность характеристики преобразования: наибольшее отклонение характеристики от прямой, проходящей через ноль и наименнее уклоняющейся от действительной, отнесенное к рабочему диапазону преобразователя.

***Размах показаний: разность между максимальным и минимальным показаниями при многократном арретировании преобразователя.

Тип	Общий ход шпинделя, мм	Рабочий диапазон, мм	Коэффициент преобразования*, мВ/мм/В	Нелинейность характеристики преобразования,%**	Размах показаний***, мкм	Вариация показаний****, мкм
М-022	3,6	±1	130	0,5	0,2	0,2
М-022А	3,6	±1	130	0,1	0,2	0,2
М-023	12,3	±5	50	5	0,2	0,2
М-023А	12,3	±5	50	0,5	0,2	0,2
М-024	12,6	±3	80	5	0,2	0,2
М-028	35	±15	30	10	1	1
М-032	5	±2,5	20	5	5	5
М-032-01	5	±0,5	100	3	5	5

****Вариация показаний: разность между двумя показаниями преобразователя при измерениях величины, имеющей одно и то же значение, с плавным медленным подходом к этому значению со стороны больших и меньших значений.

Вопрос 24.

Принцип действия такого датчика заключается в том, что при отражении электромагнитной волны от движущейся цели ее частота сдвигается на величину: f = 2F0·v/c , где F0 - частота электромагнитной волны, v - проекция скорости цели на направление цель-локатор, с - скорость света. Отсюда видно, что нужна очень высокая частота излучаемого сигнала, так как сдвиг частоты (то, что несет информацию о цели) пропорционален v/c и очень мал. Если v = 3 м/сек, то относительный сдвиг частоты всего 10-8 и при частоте излучения 10ГГц (1010 Гц) f = 200 Гц. Кроме того, только в СВЧ (сверхвысокочастотном) диапазоне можно создать компактные направленные антенны.

Локатор облучает цель непрерывным СВЧ сигналом. Отраженный целью сигнал возвращается обратно, принимается локатором и смешивается на смесителе с малой долей излучаемого сигнала. Смеситель - нелинейный электрический элемент (в простейшем случае обычный СВЧ диод). При одновременном взаимодействии двух электромагнитных колебаний с различными частотами f1 и f2 на нелинейном элементе выделяются колебания с комбинационными частотами

fL = f1 - f2 и fH = f1 + f2

Обычно нижняя частота fL выделяется фильтром и используется для регистрации наличия движущегося объекта и (если нужно) для измерения его скорости.

Фактически все такие датчики, это радиолокаторы СВЧ диапазона, которые работают на частотах от 10 до 40 ГГц (длина волны от 3 до 0.8 см). Датчики такого типа используются:

• для определения скорости самолетов,
• измерения скорости автомобилей. Ряд марок автомобилей имеет в качестве спидометра доплеровский радиолокационный датчик скорости. Датчик работает на длине волны 8мм, расположен под сидением водителя и облучает дорогу через радиопрозрачное окно.
• контроль скорости автомобиля (датчики, которые использует ГАИ),
• охранные датчики (регистрация движущихся объектов в помещении).

Простейший датчик движения представляет собой два куска волновода (скажем 23 x 10), сложенные вдоль узкой стенки. С одной стороны волноводы закорочены, и с помощью диафрагм в них организованы резонаторы, настроенные на частоту F0. СВЧ мощность излучается (попадает) в резонаторы через отверстие связи в диафрагме. В одном резонаторе помещен диод Ганна (G) (или лавинно пролетный диод - ЛПД). При подаче определенного напряжения на диод такая система начинает генерировать СВЧ колебания на частоте F0. Во втором резонаторе размещен смесительный диод (M) - это приемник. Часть мощности излучаемого сигнала через отверстие связи в общей узкой стенке волновода проникает в волновод приемника и далее в резонатор смесителя. Эта мощность смешивается с сигналом, отраженным целью на диоде-смесителе. В результате на диоде возникает низкочастотный сигнал с разностной частотой. Этот сигнал используется для измерения скорости цели (измеряется частота fL). Если требуется только регистрация наличия движущегося объекта, то просто анализируется, есть ли в напряжении на диоде переменная часть с амплитудой выше некоторого порога. Система на двух волноводах (без рупорной антенны) имеет чувствительность в конусе с раскрытием порядка 70 градусов (вдоль оси волноводов).

Рис.1 СВЧ установка

Вопрос 34.

.

Операционным усилителем называется электронная схема, имеющая большой коэффициент усиления и два входа - инвертирующий и неинвертирующий. Операционные усилители могут использоваться в аналоговых вычислительных машинах для выполнения различных операций (сложение, вычитание, умножение, дифференцирование, интегрирование). Каждая конкретная операция, выполняемая операционным усилителем, определяется его схемой включения и подключёнными к нему дискретными элементами.

Основными характеристиками операционного усилителя являются его коэффициент усиления по постоянному току, скорость нарастания выходного напряжения, которая определяет его быстродействие, диапазон рабочих частот и т.д. Обычно операционные усилители имеют широкий диапазон рабочих частот (от нуля - постоянное напряжение - до нескольких мегагерц). Коэффициент усиления операционных усилителей варьируется в пределах от нескольких тысяч до нескольких миллионов.

Основной особенностью операционного усилителя является то, что он усиливает разностное напряжение, т.е. разность напряжений на его неинвертирующем и инвертирующем входе. Таким образом, передаточная функция операционного усилителя может записываться в упрощённой форме в виде:

где K - коэффициент усиления по постоянному току операционного усилителя, x1 - напряжение на неинвертирующем входе, x2 - напряжение на инвертирующем входе, Umax - максимальное значение выходного напряжения.

Таким образом, если разность входных напряжений по модулю будет превышать Umax/K, то транзисторы усилительных схем операционного усилителя войдут в состояние насыщения и на выходе установится значение Umax. Знак Umax соответствует знаку разности входных напряжений.

Операционный усилитель (ОУ) может использоваться не только для выполнения математических операций, но и в качестве усилителя в аудиоаппаратуре. При этом для обеспечения необходимого коэффициента усиления требуется ввести цепь отрицательной обратной связи, которая снижает коэффициент усиления и увеличивает стабильность работы схемы. Глубина отрицательной обратной связи регулируется в зависимости от требуемого коэффициента усиления.

Идеальный ОУ должен обеспечивать отсутствие наклона и прямолинейность амплитудно-частотной характеристике в рабочем диапазоне частот, а также бесконечный коэффициент усиления. Иногда для выравнивания АЧХ в некоторой области частот к специальным выводам ОУ подключается корректирующая ёмкость.

ОУ функционально состоит из дифференциального усилителя и усилителя мощности. Дифференциальный усилитель собственно и обеспечивает формирование разностного сигнала и его усиление. Усиление по мощности и согласование выхода дифференциального усилителя с цепями, подключёнными к выходу ОУ обеспечивается усилителем мощности. Дифференциальный усилитель собран по симметричной мостовой схеме, состоящей из двух или четырёх транзисторов, не считая транзисторов стабилизатора тока, подключённого к коллекторным или эмиттерным (в зависимости от типа проводимости транзисторов) цепям транзисторов. Дифференциальный усилитель имеет два входа, подключённых соответственно к неинвертирующему и инвертирующему входу ОУ. Нагрузочная способность, максимальный выходной ток и максимальное выходное напряжение зависят от параметров усилителя мощности. В частности, максимальное выходное напряжение также зависит от напряжения питания ОУ. Напряжение питания ОУ обычно выбирается двуполярным. Это определяется наличием дифференциального усилителя и принципом работы электрического моста.

ОУ обычно выполняется в виде интегральной схемы.

Рассмотрим теперь работу аналогового компаратора напряжения, построенного на схеме с ОУ. Отличием компаратора от ОУ среди прочих является то, что выходной сигнал компаратора - цифровой, в то время как выходной сигнал ОУ - аналоговый. Преобразование аналогового сигнала ОУ в схеме компаратора может осуществляться соответствующим преобразователем уровня для некоторого типа логики или диодным ограничителем.

Пусть имеются два напряжения - сравниваемое и образцовое. Сравниваемое напряжение подано на неинвертирующий вход компаратора, а образцовое - на инвертирующий. Требуется, чтобы при равенстве этих напряжений на выходе компаратора появилась логическая 1. Пусть сравниваемое и образцовое напряжения не равны. Тогда разность этих напряжений будет не равна нулю. При этом на выходе ОУ компаратора будет усиленная по напряжению разность входных напряжений. Заметим, что можно всегда подобрать коэффициент усиления ОУ компаратора с таким расчётом, что даже малая разность входных напряжений будет давать Umax на выходе ОУ. Пусть также на выходе ОУ стоит некоторая схема, которая на выходе формирует напряжение по модулю равное выходному напряжению ОУ. Этой схемой может являться диодный выпрямитель напряжения. Таким образом, если входные сравниваемое и образцовое напряжения хоть немного отличаются, на выходе схемы выпрямителя будет Umax, а если они точно равны, то на выходе выпрямителя будет 0. Если теперь пропустить это напряжение через преобразователь уровня и проинвертировать, то получим требуемый результат сравнения. Заметим также, что коэффициент усиления ОУ компаратора определяет ширину импульса с амплитудой логической 1 на выходе компаратора при постоянной скорости изменения сравниваемого напряжения. Так как скорость сравниваемого напряжения может изменяться, то и ширина выходного импульса компаратора может изменяться при постоянном коэффициенте усиления ОУ. Для устранения этого эффекта на выходе компаратора может также ставиться формирователь импульсов определённой длительности при любой длительности входного импульса. Такой формирователь можно собрать на триггере Шмитта или блокинг-генераторе.

Если требуется, чтобы компаратор выдавал 1 при преобладании сравниваемого напряжения над образцовым, схема выпрямителя на выходе ОУ преобразуется для пропускания только положительного напряжения, а формирователь на выходе ОУ заменяется триггером, который устанавливается в 1 при равенстве входных напряжений и сбрасывается, если напряжение на выходе ОУ отрицательно.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--