Реферат: Разработка аппаратной части систем измерения скалярных параметров СВЧ устройств на базе современных микроконтроллеров

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ PФ

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра автоматизации производственных процессов

Пояснительная записка

к курсовой работе по курсу

"Системы автоматизированного проектирования"

Тема курсовой работы:

"Разработка аппаратной части системы автокалибровки и измерения скалярных параметров СВЧ устройств на базе современных микроконтроллеров"

Выполнил студент:

группы 94-ОА-61

Половинко С.Л.

Проверила доц. каф. АПП

Нестерова Н.С.

Краснодар 1998 г.

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра автоматизации производственных процессов

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по дисциплине

“ Системы автоматизированного проектирования “

студенту Половинко С.Л. группы 94-ОА-61

Тема: "Разработка аппаратной части системы автокалибровки и измерения скалярных параметров СВЧ устройств на базе современных микроконтроллеров".

1. Исходные данные:

Задание на разработку системы автокалибровки и измерения скалярных параметров СВЧ устройств.

Аппаратно систему автокалибровки и измерения реализовать на базе современного микроконтроллера.

2. Выполнить расчеты:

Провести расчет надежность разрабатываемой системы.

3. Выполнить графические работы:

Привести структурную схему разрабатываемой системы автокалибровки и измерения скалярных параметров СВЧ устройств (прибор класса Р2-).

Вычертить принципиальную схему измерительной части Р2-.

4. Оформить пояснительную записку.

5. Основная литература:

Абубакиров Б.А., Гудков К.Г., Нечаев Э.В. Измерение параметров радиотехнических цепей/ Под ред. В.Г. Андрющенко, Б.П. Фатеева. – М.: Радио и связь, 1984. – 248 с.; Измерители амплитудно-частотных характеристик и их применение. П.Адоменас, Я.Аронсон, Е.Бирманас, И.Боерис, Т.Улевичюс – М.: Связь, 1968. – 165 с.; ATMEL 8-Bit Microcontroller with 8K Bytes Flash AT89S8252.

Задание выдано 04.09.1998 Срок сдачи проекта 24.11.1998

Задание принял__________________ студент Половинко С.Л.

/подпись /

Руководитель работы __________________ доцент Нестерова Н.С.

/подпись /

Работа защищена_________________ с оценкой______________________

Комиссия: доцент каф. АПП Нестерова Н.С.

профессор Асмаев М.П.

Решение комиссии утверждаю.

Заведующий кафедрой АПП, профессор Асмаев М.П._____________

Реферат

Курсовая работа 40 с., 4 рисунка, 4 таблицы, 16 источников, 2 приложения.

детекторная головка, измерительная часть, схема управления, система автокалибровки, микроконтроллер, коэффициент усиления, измерение, диод Шоттки.

Работа выполнена с целью создания аппаратной части системы автокалибровки и измерения скалярных параметров СВЧ устройств (программная часть системы разрабатывается в рамках курсового проекта по курсу “Автоматизированное управление в технических системах”).

Разработанная система позволяет в автоматическом режиме производить измерения мощности входного СВЧ сигнала в широком диапазоне (00,4) мВт с достаточно высокой точностью (погрешность измерений составляет 110^-7 Вт).

Измерительная часть системы автокалибровки и измерения, разработанная на основе микроконтроллера ATMEL 89S8252-24QC, конструктивно располагается на печатной плате размером 14,52,8 см. и имеет информационную производительность 2.410³ результатов в секунду.

Разработанная система внедряется на базе НПК АООТ "РИТМ".

Система автокалибровки и измерения применяется в составе измерителя коэффициента стоячей волны (КСВ) Р2-, который в свою очередь входит в состав измерительной системы «Растр».

Годовой экономический эффект от внедрения проектируемой системы измерения комплексных параметров СВЧ устройств (вся система «Растр») составил 8 101 258,85 рублей. Срок окупаемости новой системы ориентировочно 7 дней. (Расчет годового экономического эффекта и срока окупаемости представлен в курсовом проекте по курсу “ Организация, планирование и управление предприятием ”).

Содержание

введение

На данном этапе развития техники возникла потребность в более точных и скоростных систем измерения параметров СВЧ сигнала, так как при разработке, производстве, эксплуатации радиоэлектронных устройств необходимо выполнять большое количество измерений, разнообразных по сложности, точности и количеству контролируемых параметров.

Основанием для разработки всей измерительной системы можно считать следующий фактор: в текущий момент на вооружении Российских военных находится большое количество СВЧ устройств и приборов, выполняющих самые различные функции. Все эти приборы, согласно определенным требованиям, требуют периодических метрологических поверок и разнообразных тестирований, необходимых для поддержания в постоянной боевой готовности все современное электронное оборудование. Такого рода измерительно-поверочные системы используемые в настоящее время, в виду быстротечности электронно-технического прогресса, морально и технически сильно устарели, поскольку были разработаны и освоены в производстве не менее 10 лет назад еще до повального экономического спада в нашей стране. Эксплуатация, обслуживание, а тем более воспроизводство таких приборов, с учетом их высокой себестоимости и сложным обслуживанием, превратилось в практически неразрешимую проблему. Резкий рост цен на услуги и энергоносители привел к тому, что даже простое складирование громоздких измерительных приборов требует больших денежных затрат. Как показывает многолетний опыт эксплуатации измерительной СВЧ техники, коэффициент загрузки большинства приборов не превышает 10% . Низкий коэффициент использования объясняется отсутствием многофункциональности разработанных ранее приборов. В метрологических службах находятся приборы, эксплуатируемые несколько дней в году, или находящиеся на рабочих местах, но редко используемые для активного измерения.

Вся эта техника требует высококвалифицированного персонала, рабочих площадей и значительных материальных затрат для поддержания ее в рабочем состоянии и периодической поверки. Подсчитано, что стоимость годовой эксплуатации измерительной техники приблизительно равна 15% от стоимости самого прибора. Причем эта величина мало зависит от интенсивности использования прибора, так как ее основными составляющими являются амортизационные отчисления, ремонтные и аттестационные затраты.

Таким образом, повышение многофункциональности измерительной аппаратуры, а особенно дорогостоящих СВЧ приборов, превратилось не только в техническую, но и актуальную экономическую проблему. Разрабатываемое устройство позволяет резко сократить парк измерительных СВЧ приборов, причем метрологические и эксплуатационные возможности нового прибора значительно расширятся по отношению к заменяемым.

Благодаря стремительному развитию микросхемотехники в настоящее время появилась элементная база для создания приборов, отвечающих современным требованиям по быстродействию и точности измерения параметров СВЧ сигнала.

Основанием для разработки системы автокалибровки и измерения скалярных параметров СВЧ устройств послужили более высокие требования к точности измерений и наложение более жестких ограничений во времени (порядка 400 мкс) по отношению к существующим системам.

1Описание технологического процесса

1.1Классификация аппаратуры измерения комплексных параметров СВЧ сигнала

Приборы для измерения параметров элементов и трактов с распределенными параметрами (группа «Р-») разделяется на следующие виды:

Р1- линии измерительные;

Р2- измерители коэффициента стоячей волны (КСВ);

Р3- измерители полных сопротивлений;

Р4- измерители комплексных коэффициентов передач;

Р5- измерители параметров и линий передач;

Р7- измерители добротности.

Приборы группы «Р-» можно разделить на две основные подгруппы: измерители на основе анализа картины стоячей волны и измерителей на основе анализа отношений падающих, прошедших и отраженных от исследуемого объекта сигнала. К первой подгруппе относятся линии измерительные (Р1-) и измерители полных сопротивлений (Р3-). Функциональные возможности обоих видов измерителей одинаковы. Преимуществом приборов Р3-, особенно на сравнительно низких частотах, являются малые габариты.

Усовершенствование измерительной аппаратуры на основе развития методов построения и элементной базы привело к тому, что многие приборы имеют более широкие функции. Например, приборы Р2-, предназначенные для измерения коэффициента стоячей волны (КСВ), измеряют и ослабление (усиление).

1.2Основные характеристики применяемых измерительных приборов

В настоящее время на вооружении находится большое количество СВЧ радиоизмерительных приборов, разработанных и освоенных в производстве 8 – 10 лет назад. Среди них наиболее распространены измерители КСВ и ослабления (Р2-71). Для сравнения приведем в Таблица 1.1 некоторые основные технические характеристики приборов: (Р2-71) и разрабатываемого (по ТЗ).

Таблица 1.1 - Сравнительные характеристики приборов

1.3Краткое описание процесса измерения

В настоящее время используются, как уже отмечалось выше, несколько устаревшие средства измерения КСВ. Они представляют собой стационарные, довольно громоздкие устройства с полностью ручным управлением. Для производства одного измерения (измерение в одной точке) необходимо вручную установить на генераторе СВЧ сигнала необходимую входную частоту, произвести настройку на необходимый диапазон измерительного прибора (класса Р2-), считать измеренное значение с устройства индикации прибора, произвести простейшие расчеты и записать полученный результат в бланк записи измерений. Для проведения анализа состояния исследуемого СВЧ прибора, которым, к примеру, может служить антенна радиолокационной станции, необходимо произвести измерения в нескольких точках при различных значениях входных частот. Обычно этих точек от 300 до 600 в зависимости от исследуемого диапазона входных частот. Очевидно, что подобный способ измерений морально устарел и занимает к тому же очень много времени (к примеру, для снятия одной характеристики из 600 точек высоко квалифицированному оператору необходимо около 10 часов). Упрощенная схема вышеописанной измерительной системы приведена на рисунке 1.1.

Процесс измерений на разрабатываемой системе максимально упрощается, по сравнению с вышеописанным. Не считая подготовительных операций (подключение прибора к сети и к объекту исследования), весь процесс настройки (автокалибровки) системы и, собственно, измерения происходит в автоматическом режиме под управлением оператора ЭВМ, то есть весь процесс настройки (калибровки) системы и сам процесс измерения происходят под централизованным контролем управляющего компьютера, который представляет собой не какое-либо специализированное оборудование, а самый обыкновенный ПК на базе Pentium процессора с поддержкой шины USB. Упрощенная структурная схема всей разрабатываемой системы приведена на рисунке 1.2.

1.4Экономическое обоснование

Резкий рост цен на услуги и энергоносители привел к тому, что даже простое складирование громоздких измерительных приборов требует больших денежных средств. Как показывает многолетний опыт эксплуатации измерительной СВЧ техники, коэффициент загрузки большинства приборов не превышает 10% . Низкий коэффициент использования объясняется отсутствием многофункциональности разработанных ранее приборов. В метрологических службах находятся приборы, эксплуатируемые несколько дней в году, или находящиеся на рабочих местах, но редко используемые для активного измерения.

В то же время вся эта техника требует квалифицированного персонала, рабочих площадей и значительных материальных затрат для поддержания ее в рабочем состоянии и периодической поверки.

Известно, что стоимость годовой эксплуатации измерительной техники приблизительно ровна 15% от стоимости самого прибора. Ее величина мало зависит от интенсивности использования прибора, так как ее основными составляющими являются амортизационные отчисления, ремонтные и аттестационные затраты.

Произведем расчет одного из возможных вариантов получения экономического эффекта от внедрения разрабатываемой системы измерения параметров СВЧ сигнала

Для полноценного анализа поведения СВЧ объекта во всем диапазоне изменения частот необходимо провести измерения в определенном количестве точек (от 300 до 600 в зависимости от исследуемого диапазона входных частот), затем анализ измеренных результатов и представление их в виде графика. В зависимости от исследуемых параметров СВЧ сигнала (амплитуды, частоты, коэффициента стоячей волны (КСВ), фазы, коэффициента передачи и коэффициента отражения) измерения производятся на приборах класса Р2- или Р4-, но для простоты будем считать что время одного измерения на обоих приборах одинаково.

Для производства одного измерения на существующем оборудовании высоко квалифицированному оператору необходимо затратить около одной минуты с учетом производства простейших расчетов, занесения результата в бланк записи измерений и установки следующей входной частоты вручную. Для построения окончательной характеристики СВЧ объекта (измерение в 600 точках) ему необходимо:

600 точек  1 мин. = 600 мин или 10 час.

Предположим, что заработная плата такого специалиста составляет 1500 руб. в месяц, тогда при 255 рабочих днях в году будет произведено (если предположить, что все 8 часов в день оператор производит измерения):

255 дней  8 час/день  60 мин/час = 122400 мин

в данном случае равное числу измерений или будет построено:

122400 измерений / 600 точек = 204 характеристики;

на что будет затрачено:

1500 руб.  12 мес. = 18000 руб.

Разрабатываемая система измерений в течении одной секунды автоматически производит измерение в 600 точках и строит на экране ЭВМ необходимую характеристику. Если предположить что зарплата специалиста, работающего на новом оборудовании, будет прежней (1500 руб.), хотя квалификация его может быть ниже, чем в первом случае, то при тех же затратах в год (18000 руб.) будет построено:

255 дней  8 час/день  3600 сек/час = 7344000 характеристик

или произведены измерения в:

7344000 характеристик  600 точек = 4406400000 точках,

что в 4406400000 / 122400 = 36000 раз больше, чем в первом варианте.

Для большей наглядности с экономической точки зрения проведем подобный расчет относительно затраченных средств, то есть подсчитаем сколько потребуется времени новой системе для производства такого же числа измерений, что и старой системе за год.

204 характеристики / 1 сек = 204 секунды

Зарплата специалиста за этот промежуток времени составит:

1500 руб/мес / 22 дня/мес / 8 час/день / 3600 сек/час  204 сек = 0,48 руб.

Таким образом, повышение многофункциональности измерительной аппаратуры, а особенно дорогостоящих СВЧ приборов, превратилось не только в техническую, но и актуальную экономическую проблему.

Окончательно можно отметить, что применение нового вида приборов приведет к:

• увеличению точности проводимых измерений;

• уменьшению временных затрат на проведение измерений;

• повышению универсальности нового прибора по отношению к используемым в настоящее время;

• значительное уменьшение габаритов и массы нового измерительного комплекса;

• повышению удобства пользования измерительной системой;

• улучшению понимания исследуемых процессов за счет скоростной визуализации на экране ЭВМ динамически происходящих процессов;

• возможности более универсального использования: подключение к любому персональному компьютеру через универсальную шину USB.

2Требования к разрабатываемой системе и постановка задачи

2.1Постановка задачи

Устройство должно принимать от датчика СВЧ сигнала постоянное напряжение от 5 мкВ до 3,6 В, усиливать его усилителем постоянного тока с коммутируемым коэффициентом усиления (1/4,1,4,16,64,256) и подавать на АЦП. Результат измерения АЦП передается в микроконтроллер, усредняется за 1,2,4,8 измерений, корректируется по специальной функции и предается через последовательный канал связи (SPI) для дальнейшей обработки в управляющий компьютер.

Устройство может работать как в режиме измерения, при этом должна обеспечиваться информационная производительность 2.410³ результатов в секунду, так и в режиме калибровки: определение специальной корректирующей функции.

Точность измерения (в верхней части измеряемых значений) составляет 0,1 %.

2.2Требования к разработке аппаратной части

Разработать схему устройства, выполняющего перечисленные функции на микроконтроллере ATMEL 89S8252-24QC.

Работа завершается предоставлением электрической схемы, сборочного чертежа и топологии печатного монтажа.

2.3Требования к разработке программного обеспечения

Разработать программу для микроконтроллера, обеспечивающую выполнение перечисленных функций. Результат представить в виде отлаженных текстов программ, протоколов измерения характеристик устройства в целом.

3Техническое задание

3.1Основание для проектирования

Разработка выполняется в соответствии с планом НИОКР по разработке СИ ВН на 1995 год. Начало и окончание ОКР устанавливается в соответствии с условиями договора. Цель работы – разработка нового поколения средств измерения для измерения комплексных параметров коэффициентов передачи и отражения Р4-, измерителей коэффициентов передачи и отражения Р2-, измерителей характеристик шума Х5-.

3.1.1 Состав каждого комплекта прибора и требования к конструкции

Состав комплекта каждого прибора приведен в Таблица 3.2.

Таблица 3.2 - Состав комплектов приборов

Примечание – Состав комплекта прибора, комплекта ЗИП и комплекта эксплуатационной документации уточняется на этапе технического проекта.

3.2Тактико-технические требования

При конструировании прибора должны выполняться требования ГОСТ В 20.39.308-76, а также других, действующих в отрасли, стандартов и нормативно-технических документов по стандартизации (НИД ПС).

Основные размеры и конструктивное выполнение прибора должны соответствовать требованиям ОСТ 4.270.000-83 и ОСТ В 4.410.020-83, а также других действующих в отрасли НТД ПС в части базовых конструкций (при возможности их использования), шрифтов, символов и сокращений терминов.

Основные размеры элементов присоединения прибора должны соответствовать требованиям ГОСТ 13317-89.

Конструкция прибора должна обеспечивать удобный доступ к элементам и составным частям, требующим регулировки и смены их в процессе эксплуатации, а также возможность замены сменных элементов и составных частей. Конструкция составных частей прибора должна обеспечивать индивидуальную замену комплектующих элементов при ремонте.

Материалы и полуфабрикаты, комплектующие изделия должны применяться по действующим стандартам и техническим условиям на них.

Выбор комплектующих изделий должен производиться из перечней, утвержденных Заказчиком и разрешенных для применения при разработке и модернизации аппаратуры народнохозяйственного назначения.

Масса прибора не должна превышать 20 кг (уточняется на стадии технического проекта).

Мощность, потребляемая прибором от сети питания, при номинальном напряжении не должна превышать 120 ВА (уточняется на стадии технического проекта).

Конструкция прибора должна обеспечивать возможность автоматизации контрольных операций, а также автоматизацию сборочно-монтажных работ.

Основные составные части прибора должны быть выполнены в виде функциональных узлов и блоков, в разъемном варианте конструктивного выполнения.

В приборе должны использоваться изделия микроэлектроники частного применения, разработанные в процессе проведения настоящего ОКР.

В конструкциях составных частей сменных печатных узлов, блоков должны быть предусмотрены приспособления, обеспечивающие их фиксацию в положении, удобном для осмотра, проверки и замены элементов при ремонте.

Все составные части прибора, контрольные точки, разъемы, выводы на печатных платах должны быть ясно и четко промаркированы (с учетом ограничений раздела 12 ГОСТ 20.39.308-76) и должна быть обеспечена возможность визуального контроля маркировки.

3.2.1Требования к параметрам и характеристикам измерителей коэффициента передачи и отражения (приборы группы Р2-).

Диапазон частот комплекта приборов должен быть от 0,01 до 37,5 ГГц. Весь диапазон должен перекрываться пятью приборами с предполагаемой разбивкой по поддиапазонам: (0,01-2,0) ГГц; (2,0-8,3) ГГц; (8,15-18,0) ГГц; (17,44-25,95) ГГц и (25,95-37,5) ГГц.

3.2.2 Режимы работы приборов группы Р2-.

а) измерение модуля коэффициентов передачи четырехполюсников;

б) измерение КСВН четырехполюсников.

Пределы измерения:

а) КСВН – 1,05 – 5,0

1,03 – 5,0 для тракта 7/3 мм в диапазоне частот (0,01 – 8,3) ГГц;

б) модуля коэффициента передачи (0–50) дБ в диапазоне частот (0,01–18) ГГц и (0-40) дБ в диапазоне частот (17,44-37,5) ГГц.

Основная погрешность отсчета и установки частоты не более F_уст10^-7.

Приборы должны обеспечивать панорамный режим работы при длительности периода качания, обеспечивающей оператору нормальную работу при проведении регулировочных работ (параметры режима уточняются на этапе ТП).

Параметры, входящие в состав приборов блоков генераторных должны обеспечивать параметры приборов в целом.

Приборы должны содержать панорамный индикатор, размером не менее 140 х 160 мм.

3.2.3Пределы допускаемой основной погрешности измерений

1) КСВН  5 К% для 2< К_стU<5,  3 К% для 1,05< К_стU<2 диапазоне частот до 2 ГГц;

2) КСВН ( 5 К+1)% для 2< К_стU<5,  (3 К+1)% для 1,05< К_стU<2 в диапазоне частот до 8 ГГц. Погрешность выше 8 ГГц устанавливается по результатам первого этапа.

3. модуля коэффициента передачи (0,3  0,04 Ах) дБ.

Приборы должны иметь производственно – эксплуатационный запас не менее 20% по основной погрешности установки частоты. Приборы должны сохранять свои технические характеристики в пределах норм при питании их от сети переменного тока напряжением (22022) В, частотой (501,0) Гц и содержанием гармоник не более 5%. Приборы должны допускать непрерывную работу в течение времени не менее 16 ч при сохранении электрических параметров и характеристик в пределах норм, заданных в ТТЗ. Время установления режима с момента включения должно быть для приборов всех поддиапазонов не более 30 мин во всем рабочем диапазоне температур (уточняется на стадии технического проекта). Уровень СВЧ излучений не должен быть более 10^-3 Вт/м на расстоянии 1 м от прибора.

3.2.4 Требования к техническому уровню

Прибор должен иметь комплексные показатели технического уровня, сопоставимые с аналогичными показателями зарубежных аналогов того же класса и стоимости.

3.2.5 Требования к надежности

Средняя наработка на отказ (То) прибора должна быть не менее 10 000ч.

Среднее время восстановления работоспособного состояния блоков (Тв) должно быть не более 1 ч.

Гамма – процентный ресурс приборов (Т) должен быть не менее 10 000 ч при доверительной вероятности (), равной 90 %.

Гамма – процентный ресурс службы приборов (Тсл) должен быть не менее 15 лет при доверительной вероятности (), равной 90 %.

Гамма – процентный срок сохраняемости приборов (Тсх) должен быть не менее 12 лет для отапливаемых хранилищ и 6 лет для не отапливаемых хранилищ при доверительной вероятности (), равной 90 %.

Вероятность отсутствия скрытых отказов приборов комплекта (P(t)) за межпроверочный интервал (t), равный 24 мес. при среднем коэффициенте использования (Ки), равном 0,17 должна быть не менее 0,90.

Количественные значения показателей надежности устанавливаются в соответствии с РД 4.4110.05-93 и, при необходимости, уточняют на стадии технического проекта, а оценку соответствия заданным требованиям проводят в соответствии с РД 4.4110.04-93 и РД 4.4110.02-93.

В эксплуатационных документах должны быть указаны критерии придельного состояния приборов.

3.2.6 Требования к технологичности конструкции

Приборы по технологичности конструкции и использованию унификации и типового оборудования должны отвечать требованиям типовых технологических процессов и обеспечивать достижение заданных показателей надежности при минимальных затратах на их изготовление, техническое обслуживание и ремонт.

3.2.7 Требования к уровню унификации и стандартизации

Требования к уровню унификации и стандартизации должны соответствовать ГОСТ В 20.39.308-76.

Показатели уровня унификации и стандартизации должны быть порядка:

коэффициент применяемости К_пр = 50 %,

коэффициент повторяемости К_п = 50 %.

Указанные коэффициенты уточняются расчетным путем на стадиях технического проекта и разработки рабочей документации опытного образца в соответствии с ГОСТ В 15.207-79 и ОСТ В 4.090.041-82.

3.2.8 Эстетические и экономические требования

Требования по технической эстетики и экономике должны соответствовать ГОСТ В 20.39.308-76, ОСТ 4.270.000-83, а также требованиям СТП УШЯИ.000.053-89.

3.2.9Условия эксплуатации.

По устойчивости к климатическим воздействиям приборы должны соответствовать требованиям группы 1.1 УХЛ по ГОСТ В 20.39.304-76 со значениями рабочих температур от плюс 5С до плюс 40С, по прочности механическим воздействиям – требования группы 1.6 по ГОСТ В 20.39.304-76.

3.2.10Требования к упаковке и маркировке

Упаковка должны соответствовать требованиям ГОСТ В 20.39.308-76.

Вид упаковки и ее обозначения должны соответствовать требованиям ОСТ 4.070.011-78.

Маркировка на таре должна соответствовать требованиям ГОСТ 14.192-77.

Маркировка приборов должна соответствовать требованиям ГОСТ В 20.39.308-76 и НТД, согласованной с Заказчиком.

4Разработка аппаратной части измерительной системы Р2- «Растр»

4.1Выбор структуры измерительной системы Р2- «Растр»

Для измерения коэффициента передачи и отражения необходимо, как это видно из упрощенной структурной схемы, рисунок 1.2 анализировать три сигнала: исходный, прошедший через объект и отраженный. Для анализа СВЧ сигнала используют СВЧ детекторную головку. Главным достоинством детекторной головки, по отношению к другим СВЧ измерителям АЧХ можно считать малую зависимость выходного напряжения детекторной головки от частоты входного напряжения во всем диапазоне рабочих частот. Главным недостатком детекторной головки является нелинейность амплитудной характеристики. Однако с достаточной для практики точностью всю амплитудную характеристику можно разбить на два участка: линейный, до какого-то порового значения входной мощности и нелинейный (квадратичный) остальная часть характеристики.

Анализ любого из трех сигналов исходного, прошедшего и отраженного абсолютно идентичен. Поэтому в измерительной части Р2- «Растр» целесообразно применить три однотипные схемы измерения уровня детектированного сигнала, которые на структурной схеме измерительной части Р2- «Растр» (рисунок 4.1) показаны как «детекторная головка 1», «детекторная головка 2» и «измерительный мост».

4.2Обоснование выбора технических средств

Основным элементом в системе управления измерительной части Р2- «Растр» является микроконтроллер, на который возлагаются все управляющие и анализирующие функции автоматизированной системы. В обязанности микроконтроллера (МК) входит:

• при получении команды «Калибровка» управлять в автоматическом режиме аттенюатором на входе измерительной части, для получения калиброванного входного сигнала мощности; в автоматическом режиме подбирать по определенному алгоритму оптимальный коэффициент усиления для установки продетектированного сигнала в рабочий для АЦП диапазон; после измерения учесть установленный коэффициент усиления для восстановления истинного значения входного напряжения; принять и расположить в памяти калибровочную таблицу соответствия измеренного напряжения входной мощности;

• при получении команды «Измерение», управляя АЦП и демультиплексорами подобрать оптимальный коэффициент усиления входного сигнала, измерить его, усреднив за 8 измерений; по таблице соответствия измеренного напряжения входной мощности определить необходимое значение входного сигнала и передать его в управляющий компьютер для дальнейшей обработки и отображения.

На измерительный модуль Р2- накладываются, как уже отмечалось выше, кроме требований к точности производимых измерений еще и временные ограничения (400 мкс на производство одного измерения), поэтому чтобы справляться с вышеуказанными обязанностями в ограниченный промежуток времени необходим достаточно быстродействующий микроконтроллер. Для обеспечения необходимой скорости обмена необходимо наличие быстродействующих портов ввода-вывода, а учитывая то, что информация будет передаваться за пределы конструктивного расположения МК этот порт ввода-вывода должен быть последовательным, так как он более помехоустойчив. МК должен иметь достаточно внутренней памяти программ для размещения в ней программы реализующей вышеперечисленные функции, внутренней памяти данных для размещения в ней таблиц перекодировок и таблицы соответствия измеренного напряжения входной мощности (объемом 2 кбайта) и внутренней ОЗУ для выполнения промежуточных расчетов. И наконец, МК должен иметь соответствующий размер корпуса для размещения на печатной плате ограниченных размеров. У МК должна быть реальная цена.

Среди наиболее крупных производителей МК 51-ой серии, а именно эта серия функционально наиболее подходит для реализации вышеперечисленных функций, так как МК этой серии представляют собой полностью самостоятельные и функционально законченные МК, можно выделить таких производителей как Intel, Siemens, Atmel и некоторых других.

МК выпускаемые фирмой Intel серии 80C251SB(SQ), 83C251SA(SB,SP,SQ), 87C251SA(SB,SP,SQ) представляют собой довольно мощные МК с огромными возможностями расширения внешней памяти (до 1 Мбайта), с четырьмя 8 битными портами ввода-вывода и так далее, но они имеют и существенные недостатки: ни в одном из перечисленных МК нет одновременно ПЗУ и ППЗУ (а это, как отмечалось выше, необходимо); частота работы этих МК 16 МГц, недостаточна для решения поставленной выше задачи.

Фирма Atmel выпускает МК AT89 8XC51 серии среди которых можно выделить МК AT89S8252-24QC, наиболее удовлетворяющий всем предъявляемым требованиям.

Некоторые технические характеристики этого МК приведены ниже:

• рабочая частота 24 МГц;

• МК AT89S8252-24QC имеет планарный корпус размером не более 1,51,5 см;

• 8 Кб перепрограммируемой по последовательному каналу Flash памяти программ (1000 циклов записи);

• высокоскоростной последовательный интерфейс (SPI);

• 2 Кб электрически стираемой/записываемой памяти данных EEPROM (100 000 циклов записи);

• 256 байт внутренней ОЗУ;

• 4 восьми битных независимых параллельных порта или 32 программируемые линии ввода/вывода;

• три 16-битных таймера/счетчика;

• программируемый последовательный канал (UART);

• поддержка режимов энергосбережения.

Структурная схема МК AT89S8252-24QC представлена на рисунке 4.2.

Вторым по значимости элементом схемы можно считать АЦП, в качестве которого выбран 12 битный АЦП AD7893-AR2 фирмы Analog Devices. Главным достоинством которого можно считать высокую скорость преобразования (порядка 6 мкс) и поддержку последовательного интерфейса.

Детекторная головка выбрана фирмы Hewlett Packard. HSCH-5336 серии HSCH-5300 – диоды Шоттки для детекторов с рабочей частотой детектирования (1 – 26) ГГц.

Рисунок 4.2 – Структурная схема МК AT89S8252-24QC

4.3Разработка принципиальной схемы

Принципиальная схема аппаратной части системы автокалибровки и измерения скалярных параметров СВЧ устройств (измерительная часть) представлена в графической части (черт. КАПП 000 000 001 ГЧ).

Конструктивно вся принципиальная электрическая схема и, соответственно, печатная плата разделяются на две части: собственно детекторная головка, которая будет располагаться непосредственно на СВЧ щупе и схема измерительной части.

Входной СВЧ сигнал поступает в измерительную часть через согласованную нагрузку R1=50 Ом и проходной конденсатор С3=10 нФ. Затем детектируется диодами Шоттки HSCH-5336 (V1), предусматривающие сопротивление нагрузки R3=100 кОм. Делитель R4, R2 обеспечивает постоянное смешение напряжения измеряемого сигнала U_см200 мкВ для повышения точности измерения малых сигналов. Конденсатор С10 выделяет постоянную составляющую измеряемого сигнала и полученный сигнал поступает на усилитель мощности (D3, D4, D9, D10) с управляемым коэффициентом усиления. Схема установки необходимого коэффициента усиления входного сигнала состоит из двух операционных усилителей OP177GS (на схеме D3 и D10) и двух демультиплексоров MC14052BD (D4 и D9). В зависимости от поступающего из МК (D8) кода демультиплексорами коммутируется соответствующее сопротивление в обратной связи ОУ, что позволяет устанавливать коэффициенты приведенные в Таблица 4.3.

Таблица 4.3 - Таблица кодов управления усилителем мощности.

Коэффициент выбирается из такого расчета, чтобы полученное в результате усиления или ослабления измеряемого сигнала, напряжения на входе АЦП AD7893AR-2 (D6) находилось в интервале от U_оп/4 до U_оп, для обеспечения максимальной точности преобразования.

После этого измеряемый сигнал поступает на вход V_in АЦП (D6), который по команде МК CONV=0 измеряет его сигнал и передает по последовательному каналу SDATA в МК.

Микросхема AD680AR (D5) необходима для формирования опорного напряжения (U_оп = +2,5 В) для АЦП.

Микросхема MAX810M (D7) служит для предохранения от сбоев во время работы МК в моменты включения и выключения питания схемы и работает следующим образом: при понижении входного напряжения питания от (+5  +6) В до +4,5 В формируется сигнал RST, который приводит к сбросу (переинициализации) МК, что предотвращает возможность случайной записи в ППЗУ или каких-либо других нежелательных действий.

Микросхема MC74AC00D (D11) лог. 4 И НЕ необходима для инверсии и усиления соответствующих сигналов.

Микросхемы HCPL-2611 (D12 – D13) служат для гальванической развязки приведенной схемы со схемой сопряжения.

Электрическое питание схемы осуществляется от источника стабилизированного напряжения +5 В. При помощи микросхем ADM660AR (D1 – D2) получают напряжение электропитания –5 В и +10 В необходимые для измерительного канала. Для электрической развязки электропитания измерительного канала (+10VA,-5VA), схемы преобразования (+5VC), цифровых части (+5VD) использованы LC фильтры 2-го порядка.

5Расчет надежности

С целью обеспечения заданных в техническом задании показателей надежности измерителя коэффициента передачи и отражения Р2- «Растр» составлена программа обеспечения надежности (ПОН), которая выполнена.

В соответствии с ПОН был проведен расчет количественных показателей надежности. Расчет выполнен в соответствии с РД4.4110.04-93, и представлен в приложении Б. Все необходимые надежностные показатели, сведенные в общую таблицу, представленную в приложении А, выбирались из расчета рабочей температуры внутри прибора t_раб = 50 С и соответствия группе 1.1 УХЛ по климатическим воздействиям.

Результаты расчета приведены в Таблица 5.4.

Таблица 5.4 - Результаты расчета надежности.

Заданные в ТЗ показатели надежности выполнены, за исключением среднего времени ремонта, которое превышает заданное на 16,7 % (10 мин.). Значения показателей надежности соответствуют нормам, установленным действующей НТД.

Комплектующие изделия и материалы используемые для расчета надежностных показателей являются (где это возможно) отечественными аналогами устанавливаемых в измерительной части Р2- комплектующих элементов. Устанавливаемые в приборе ЭРЭ иностранного производства имеют не худшие надежностные характеристики по сравнению с используемыми в расчетах.

Анализ и оценка рассмотренных материалов по обеспечению надежности разрабатываемой измерительной части Р2- «Растр» показали, что требования ПОН на стадии разработки опытных образцов – выполнены.

Заключение

В данной работе была обоснована целесообразность проведения разработки системы автокалибровки и измерения скалярных параметров СВЧ устройств на базе микроконтроллера ATMEL 89S8252-24QC.

В результате выполнения работы была разработана измерительная часть системы автокалибровки и измерения, которая согласно техническому заданию:

• принимает от датчика СВЧ сигнала постоянное напряжение от 5 мкВ до 3,6 В;

• усиливает его усилителем постоянного тока с коммутируемым коэффициентом усиления (1/4,1,4,16,64,256) и подает этот сигнал на АЦП;

• результат измерения АЦП передается в микроконтроллер, усредняется за 1,2,4,8 измерений, корректируется по специальной функции и предается через последовательный канал связи в управляющий компьютер для дальнейшей обработки;

• имеет информационную производительность 2.410³ результатов в секунду;

• точность измерения (в верхней части измеряемых значений) составляет 0,1 %.

Представлена принципиальная схема и топология платы печатного монтажа. Рассчитана надежность измерительной части. Разработанная система внедряется на базе НПК АООТ "РИТМ". Система автокалибровки и измерения применяется в составе измерителя коэффициента стоячей волны (КСВ) Р2-, который в свою очередь входит в состав измерительной системы «Растр».

Список используемых источников

1. Измерители амплитудно-частотных характеристик и их применение. П.Адоменас, Я.Аронсон, Е.Бирманас, И.Боерис, Т.Улевичюс – М.: Связь, 1968. – 165 с.

2. ATMEL 8-Bit Microcontroller with 8K Bytes Flash AT89S8252.

3. INTEL 8XC251SA, 8XC251SB,8XC251SP, 8XC251SQ Embedded Microcontroller User’s Manual. Intel Corp. May 1996.

4. ANALOG DEVICES Low Power, Low Cost 2.5 V Reference AD680

5. ANALOG DEVICES LC² MOS 12-Bit, Serial 6 s ADC in 8-Pin Package AD7893

6. ANALOG DEVICES CMOS Switched-Capacitor Voltage Converters ADM660/ADM8660

7. ANALOG DEVICES Ultraprecision Operation Amplifier OP177

8. HEWLETT PACKARD VDE 0884 V_IORM = 630 V peak Option for Plastic Optocouplers HCPL-2611

9. HEWLETT PACKARD High CMR, High Speed TTL Compatible Optocouplers HCPL-2611

10. HEWLETT PACKARD Beam Lead Schottky Diodes for Mixers and Detectors (1– 26 GHz) HSCH-5300 Series (HSCH-5336)

11. MOTOROLA SEMICONDUCTOR TECHNICAL DATA Analog Multiplexers/Demultiplexers MC14051B, MC14052B, MC14053B

12. MOTOROLA Quad 2-Input NAND Gate MC74AC00, MC74ACT00

13. РД4.4110.04-93

14. Абубакиров Б.А., Гудков К.Г., Нечаев Э.В. Измерение параметров радиотехнических цепей/ Под ред. В.Г. Андрющенко, Б.П. Фатеева. – М.: Радио и связь, 1984. – 248 с.

15. Сташин В.В., Урусов О.Ф. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. М:90.

16. Надежность электрорадиоизделий. Единый справочник.

Приложение А – Исходные данные для расчета надежности.

Таблица П.5 - Исходные данные для расчета надежности измерительной части системы автокалибровки и измерения скалярных параметров СВЧ устройств.

Продолжение таблицы П.1 - Исходные данные для расчета надежности измерительной части системы автокалибровки и измерения скалярных параметров СВЧ устройств.

Приложение Б – Расчет надежности измерительной части Р2- «Растр».

спецификация

РЕЦЕНЗИЯ

На курсовой проект студента Кубанского государственного

технологического университета специальности 21.01 -

Автоматика и управление в технических системах

Половинко Сергея Леонидовича

(фамилия, имя, отчество)

Тема курсового проекта: ”Разработка аппаратной части системы автокалибровки и измерения скалярных параметров СВЧ устройств на базе современных микроконтроллеров”.

На рецензию представлена пояснительная записка курсового проекта в количестве 50 листов и графический материал на листе формата А1.

В курсовом проекте, в соответствии с заданием, поставлена задача разработать аппаратную часть системы автокалибровки и измерения скалярных параметров СВЧ устройств.

Курсовой проект выполнен в соответствии с техническим заданием на разработку средств измерения нового поколения для измерения комплексных параметров коэффициентов передачи и отражения Р4-, измерителей коэффициентов передачи и отражения Р2-, измерителей характеристик шума Х5-.

Детально проработана структура измерительной части измерителя коэффициентов передачи и отражения Р2-. Технически грамотно сформулированы и обоснованы требования к измерительной части. Разработана принципиальная электрическая схема измерительной части. Произведен расчет надежности измерительной части в соответствии с требованиями приведенными в техническом заданием. Предлагаемые схемные решения отличаются своей оригинальностью, особенно, в части метода измерения величины входной СВЧ мощности, путём измерения мгновенных значений напряжения, последующим вычислением усредненных значений и вычисление соответствующей этому напряжению мощности. Использование современной элементной базы (высокоскоростных однокристальная микро - ЭВМ, высокоточные широкодиапазонные диоды Шоттки и др.) позволило реализовать выбранные методы в виде компактного устройства с высоким экономическим эффектом.

В части проработки конструкторских решений, решён вопрос автоматизированной компоновки элементов печатной платы. Разработана конструкция печатной платы измерительного контроллера с помощью автоматизированной системы проектирования PCAD. Разработка выполнена на современном уровне с использованием ПЭВМ.

Работа может быть рекомендована для применения в системе измерителей коэффициентов передачи и отражения Р2-, применяемой в системе измерения комплексных параметров СВЧ устройств «Растр» с последующим внедрением её на базе АООТ НПК «Ритм».

Графическая часть проекта выполнена в соответствии с требованиями ЕСКД.

К техническим недостаткам курсового проекта можно отнести недостаточную освещенность вопросов информационной стыковки разрабатываемого платы с устройством, обеспечивающим контроль и обмен данными.

Недостатком также можно считать явно завышенный срок окупаемости разрабатываемой системы и экономический эффект от внедрения.

Отмеченные недостатки не снижают теоретической и практической ценности дипломного проекта, заслуживающего оценки “отлично”.

Инженер-конструктор НПК «Ритм» ______________ / Бумаго Д.В. /

(должность рецензента) (подпись) (фамилия, инициалы)

Таблица Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..1 -

Техническое задание на разработку измерителей комплексных коэффициентов передачи и отражения, измерителей коэффициентов передачи и отражения и измерителей характеристик шума. Шифр «Растр – МС».

1Наименование и шифр работ

1.1Разработка измерителей коэффициентов передачи и отражения Р2-.

2Основание для выполнения проектирования

2.1Разработка выполняется в соответствии с планом НИОКР по разработке СИ ВН на 1995 год

2.2Начало и окончание разработки устанавливается в соответствии с условиями договора

3Исполнители разработки

3.1Исполнитель разработки – Краснодарский АООТ "НПК "РИТМ"".

3.2Соисполнитель разработки – ОКБ Курского завода “Маяк”.

3.3Соисполнитель разработки – 32 НИЦ МО РФ.

3.4Соисполнитель – завод “Микрон” при НИИ МЭ. г. Зеленоград

3.5Объем работ соисполнителей определить на этапе технического проекта

4Изготовитель

4.1Изготовитель – Краснодарский АООТ "НПК "РИТМ""

4.2Заказчик – в/ч 21942

5Цель и назначение разработки

5.1Цель работы – разработка нового поколения средств измерения для измерения параметров элементов и трактов с распределенными параметрами.

5.2Разрабатываемый прибор группы Р2-, входящий в группу приборов Р2-, Р4- и Х5-, предназначенных для исследования амплитудно-частотных, фазо-частотных и шумовых характеристик четырехполюсников СВЧ. Прибор Р2- предназначен для исследования амплитудно-частотных характеристик СВЧ четырехполюсников.

5.3Приборы должны удовлетворять требованиям ГОСТ В 20.39.301-76, ГОСТ В 20.39.305-76, ГОСТ В 20.39.308-76, ГОСТ В 22261-81 (в части метрологических характеристик) и техническим требованиям, изложенным в данном ТЗ.

6Тактико-технические требования

6.1Состав каждого комплекта прибора и требования к конструкции.

6.1.1Состав комплекта каждого прибора приведен в таблице 1.

Таблица 1- Состав комплекта каждого прибора.

Примечание – Состав комплекта прибора, комплекта ЗИП и комплекта эксплуатационной документации уточняется на этапе технического проекта.

6.1.2При конструировании прибора должны выполняться требования ГОСТ В 20.39.308-76, а также других, действующих в отрасли, стандартов и нормативно-технических документов по стандартизации (НИД ПС).

6.1.3Основные размеры и конструктивное выполнение приборов должны соответствовать требованиям ОСТ 4.270.000-83 и ОСТ В 4.410.020-83, а также других действующих в отрасли НТД ПС в части базовых конструкций (при возможности их использования), шрифтов, символов и сокращений терминов.

Основные размеры элементов присоединения приборов должны соответствовать требованиям ГОСТ 13317-89.

6.1.4Конструкция приборов должна обеспечивать удобный доступ к элементам и составным частям, требующим регулировки и смены их в процессе эксплуатации, а также возможность замены сменных элементов и составных частей. Конструкция составных частей приборов должна обеспечивать индивидуальную замену комплектующих элементов при ремонте.

6.1.5Материалы и полуфабрикаты, комплектующие изделия должны применяться по действующим стандартам и техническим условиям на них.

6.1.6Выбор комплектующих изделий должен производиться из перечней, утвержденных Заказчиком и разрешенных для применения при разработке и модернизации аппаратуры народнохозяйственного назначения.

6.1.7Масса каждого прибора не должна превышать 20 кг (уточняется на стадии технического проекта).

6.1.8Мощность, потребляемая прибором от сети питания, при номинальном напряжении не должна превышать 120 ВА (уточняется на стадии технического проекта).

6.1.9Конструкция прибора должна обеспечивать возможность автоматизации контрольных операций, а также автоматизацию сборочно-монтажных работ.

6.1.10Основные составные части приборов должны быть выполнены в виде функциональных узлов и блоков, в разъемном варианте конструктивного выполнения.

6.1.11В приборах должны использоваться изделия микроэлектроники частного применения, разработанные в процессе проведения настоящего проектирования.

6.1.12В конструкциях составных частей сменных печатных узлов, блоков должны быть предусмотрены приспособления, обеспечивающие их фиксацию в положении, удобном для осмотра, проверки и замены элементов при ремонте.

6.1.13Все составные части приборов, контрольные точки, разъемы, выводы на печатных платах должны быть ясно и четко промаркированы (с учетом ограничений раздела 12 ГОСТ 20.39.308-76) и должна быть обеспечена возможность визуального контроля маркировки.

6.2Требования к параметрам и характеристикам измерителей коэффициента передачи и отражения (приборы группы Р2-).

6.2.1Диапазон частот комплекта приборов должен быть от 0,01 до 37,5 ГГц. Весь диапазон должен перекрываться пятью приборами с предполагаемой разбивкой по поддиапазонам: (0,01-2,0) ГГц; (2,0-8,3) ГГц; (8,15-18,0) ГГц; (17,44-25,95) ГГц и (25,95-37,5) ГГц.

6.2.2Режимы работы приборов группы Р2-:

а) измерение модуля коэффициентов передачи четырехполюсников;

б) измерение КСВН четырехполюсников.

6.2.3Пределы измерения:

а) КСВН – 1,05 – 5,0

1,03 – 5,0 для тракта 7/3 мм в диапазоне частот (0,01 – 8,3) ГГц;

б) модуля коэффициента передачи (0-50) дБ в диапазоне частот (0,01-18) ГГц и (0-40) дБ в диапазоне частот (17,44-37,5) ГГц.

6.2.4Основная погрешность отсчета и установки частоты не более F_уст10^-7.

6.2.5Приборы должны обеспечивать панорамный режим работы при длительности периода качания, обеспечивающей оператору нормальную работу при проведении регулировочных работ (параметры режима уточняются на этапе ТП).

6.2.6Параметры входящие в состав приборов блоков генераторных должны обеспечивать параметры приборов в целом.

6.2.7Приборы должны содержать панорамный индикатор, размером не менее 140 х 160 мм.

6.2.8Предел допускаемой основной погрешности измерений:

1. КСВН  5 К% для 2< К_сти<5,  3 К% для 1,05< К_сти<2 в диапазоне частот до 2 ГГц;

2. КСВН ( 5 К+1)% для 2< К_сти<5,  (3 К+1)% для 1,05< К_сти<2 в диапазоне частот до 8 ГГц. Погрешность выше 8 ГГц устанавливается по результатам первого этапа.

3. Модуля коэффициента передачи (0,3  0,04 Ах) дБ.

6.2.9Приборы должны иметь производственно – эксплуатационный запас не менее 20% по основной погрешности установки частоты.

6.2.10Приборы должны сохранять свои технические характеристики в пределах норм при питании их от сети переменного тока напряжением (22022) В, частотой (501,0) Гц и содержанием гармоник не более 5%.

6.2.11Приборы должны допускать непрерывную работу в течение времени не менее 16 ч при сохранении электрических параметров и характеристик в пределах норм, заданных в ТТЗ.

6.2.12Время установления режима с момента включения должно быть для приборов всех поддиапазонов не более 30 мин во всем рабочем диапазоне температур (уточняется на стадии технического проекта).

6.2.13Уровень индустриальных радиопомех, создаваемых прибором, не должен превышать норм, установленных по группе 1.1.2 ГОСТ В 25.803-83 (по кривой 3, четр. 1).

6.2.14Уровень СВЧ излучений не должен быть более 10^-3 Вт/м на расстоянии 1 м от прибора.

6.2.15Приборы должны соответствовать требованиям ГОСТ 26.003-80, "Методическим указаниям по реализации ГОСТ 26.003-80 в радиоизмерительных приборах" и обеспечивать:

1. интерфейсные функции;

2. программирование;

3. выдачу информации в последовательный канал связи (SPI);

6.2.16Основные параметры и характеристики приборов уточняются на этапе ТП.

6.3Требования к патентной чистоте

6.3.1Приборы должны обладать патентной чистотой относительно стран, ведущих разработки в данной области приборостроения.

Выполнение и обоснование требований патентной чистоты и патентоспособности производят в процессе разработки и отражают в соответствующих разделах "Отчета о патентных исследованиях".

6.4Требования к техническому уровню

6.4.1Приборы должны иметь комплексные показатели технического уровня, сопоставимые с аналогичными показателями зарубежных аналогов того же класса и стоимости.

6.5Требования к надежности

6.5.1Средняя наработка на отказ (То) прибора должна быть не менее 10 000ч.

6.5.2Среднее время восстановления работоспособного состояния блоков (Тв) должно быть не более 1 ч.

6.5.3Гамма – процентный ресурс приборов (Т) должен быть не менее 10 000 ч при доверительной вероятности (), равной 90 %.

6.5.4Гамма – процентный ресурс службы приборов (Тсл) должен быть не менее 15 лет при доверительной вероятности (), равной 90 %.

6.5.5Гамма – процентный срок сохраняемости приборов (Тсх) должен быть не менее 12 лет для отапливаемых хранилищ и 6 лет для не отапливаемых хранилищ при доверительной вероятности (), равной 90 %.

6.5.6Вероятность отсутствия скрытых отказов приборов комплекта (P(t)) за межпроверочный интервал (t), равный 24 мес при среднем коэффициенте использования (Ки), равном 0,17 должна быть не менее 0,90.

6.5.7Количественные значения показателей надежности (пп. 6.7.1-6.7.6) устанавливаются в соответствии с РД 4.4110.05-93 и, при необходимости, уточняют на стадии технического проекта, а оценку соответствия заданным требованиям проводят в соответствии с РД 4.4110.04-93 и РД 4.4110.02-93.

6.5.8В эксплуатационных документах должны быть указаны критерии придельного состояния приборов.

6.6Требования к технологичности конструкции.

6.6.1Приборы по технологичности конструкции и использованию унификации и типового оборудования должны отвечать требованиям типовых технологических процессов и обеспечивать достижение заданных показателей надежности при минимальных затратах на их изготовление, техническое обслуживание и ремонт.

6.7Требования к уровню унификации и стандартизации.

6.7.1Требования к уровню унификации и стандартизации должны соответствовать ГОСТ В 20.39.308-76.

6.7.2Показатели уровня унификации и стандартизации должны быть порядка:

коэффициент применяемости К_пр = 50 %,

коэффициент повторяемости К_п = 50 %.

Указанные коэффициенты уточняются расчетным путем на стадиях технического проекта и разработки рабочей документации опытного образца в соответствии с ГОСТ В 15.207-79 и ОСТ В 4.090.041-82.

6.8Эстетические и экономические требования.

6.8.1Требования по технической эстетики и экономике должны соответствовать ГОСТ В 20.39.308-76, ОСТ 4.270.000-83, а также требованиям СТП УШЯИ.000.053-89.

6.9Условия эксплуатации.

6.9.1По устойчивости к климатическим воздействиям приборы должны соответствовать требованиям группы 1.1 УХЛ по ГОСТ В 20.39.304-76 со значениями рабочих температур от плюс 5С до плюс 40С, по прочности механическим воздействиям – требования группы 1.6 по ГОСТ В 20.39.304-76.

6.10Требования к упаковке и маркировке.

6.10.1Упаковка должны соответствовать требованиям ГОСТ В 20.39.308-76.

6.10.2Вид упаковки и ее обозначения должны соответствовать требованиям ОСТ 4.070.011-78.

6.10.3Маркировка на таре должна соответствовать требованиям ГОСТ 14.192-77.

6.10.4Маркировка приборов должна соответствовать требованиям ГОСТ В 20.39.308-76 и НТД, согласованной с Заказчиком.

6.11Требования к транспортированию и хранению

6.11.1Требования к транспортированию приборов должны соответствовать ГОСТ В 20.39.304-76.

6.11.2Приборы должны допускать транспортирование всеми видами транспорта, предусмотренными в ГОСТ В 9.001-72, в табельной упаковке (укладочном ящике).

Условия транспортирования в части воздействия климатических факторов должны соответствовать условиям хранения на открытой площадке по ГОСТ В 15.150-69 при условии защиты от прямого воздействия атмосферных осадков.

6.11.3 Условия транспортирования прибора в укладочном ящике в части воздействия механических факторов должны соответствовать группе Ж_т (жесткие) ГОСТ В 9.001-72.

6.11.4Условия хранения приборов (для отапливаемого хранилища):

• температура окружающего воздуха от 5 до 40 С;

• относительная влажность воздуха до 80 % при температуре 25 С.

6.12Требования по стойкости и специальным воздействующим факторам.

6.12.1Прибор по стойкости и специальным воздействующим факторам должен соответствовать требованиям степени жесткости 2И, 1Э по ГОСТ В 20.39.305-76.

6.12.2Оценка соответствия прибора требованиям ГОСТ В 20.39.305-76 должна производиться в соответствии с ГОСТ В 20.57.308-76 расчетным методом. При этом оценка соответствия прибора заданным требованиям должна производиться расчетным методом с использованием комплекта программ "Фронт".

6.12.3Принципы и методы проектирования и конструирования должны соответствовать ОСТ 4.091.150-80.

6.13Дополнительные требования

6.13.1Приборы должны быть обеспечены методами и средствами ремонта в процессе эксплуатации. На стадии технического проекта должен быть определен, а на стадии разработки рабочей документации опытных образцов окончательно уточнен состав диагностического и технологического оборудования, используемого для поиска и устранения отказов.

6.13.2Продолжительность диагностирования с целью поиска дефекта при помощи внешних и встроенных средств должна быть не более половины среднего времени восстановления работоспособного состояния.

6.13.3Приборы должны быть приспособлены к диагностированию внешними средствами диагностирования с глубиной до конструктивного сменного узла.

6.13.4Приборы должны быть конструктивно приспособлены для восстановления и ремонта с использованием ЗИП и документации для ремонта, применяемых на этапе эксплуатации приборов.

7Требования безопасности

7.1По требованиям, обеспечивающим электробезопасность эксплуатации, приборы должны соответствовать ГОСТ В 20.39.308-76, ГОСТ 26.104-89 – класс защиты 1.

8Основные этапы и стадии разработки конструкторской документации.

8.1Основные этапы и стадии разработки приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Основные этапы и стадии разработки.

Примечания к таблице 2:

• уточнение отдельных пунктов ТЗ может производиться на стадии технического проекта;

• порядок выполнения и приемки этапов разработки должен соответствовать ГОСТ В 15.203-79.

9Требования к разрабатываемой документации

9.1Конструкторская документация должна соответствовать ЕСКД.

9.2Эксплуатационная документация должна соответствовать требованиям ГОСТ 2.601-68, ГОСТ В 20.57.301-76, ГОСТ 2.902-68 и действующих в отрасли ТД ПС.

9.3Ремонтно-техническая документация должна соответствовать требованиям ГОСТ 2.602-68, ГОСТ 2.902-68 и "Руководства по разработке документов для ремонта РИП", утвержденного организацией п/я А-3227 и в/ч 21942.

Разработка РТД производится предприятием – разработчиком и (или) предприятием – изготовителем в соответствии с ТЗ, утвержденным Заказчиком по отдельному договору.

9.4Технологическая документация, разрабатываемая по настоящему ТТЗ, в части оформления должна соответствовать стандартам ЕСТД.

10Порядок приемки и материалы, предъявляемые по окончании отдельных стадий и разработки в целом.

10.1Перечень конструкторской документации, предъявляемой на каждой стадии работы, должен соответствовать ГОСТ 2.102-68, ЯНТИ.410109.001-88 и быть согласован с Заказчиком.

Порядок проверки, согласования и утверждения документов, предъявляемые по окончании отдельных стадий и работы в целом должен соответствовать ГОСТ 2.902-68, ГОСТ В 15.203-79.

10.2Порядок приемочных испытаний должен быть согласован с Заказчиком.

10.3На приемочные испытания предъявляют по три комплекта приборов:

I : Р2-;Р4-;Х5- (0,018,3) ГГц;

II : Р2-;Р4-;Х5- (8,318,0) ГГц;

III : Р2-;Р4-;Х5- (18,037,5) ГГц.

10.4Государственные приемочные испытания совмещаются с испытаниями, проводимыми с целью утверждения типа.

11Требования к метрологическому обеспечению производства и эксплуатации прибора.

11.1Приборы должны быть обеспечены методами и средствами поверки, разрешенными к применению в установленном порядке по перечню Заказчика при разработке, производстве и эксплуатации. По согласованию с Заказчиком при разработке и контроле в производстве допускаются применение других приборов, обеспечивающих необходимую точность измерения.

11.2Должна быть обеспечена поверка каждого прибора, входящего в комплект.

11.3На стадии технического проекта должен быть окончательно решен вопрос метрологического обеспечения приборов в производстве и эксплуатации.

1Техническое задание

1.1Основание для проектирования

Разработка выполняется в соответствии с планом НИОКР по разработке СИ ВН на 1995 год. Начало и окончание ОКР устанавливается в соответствии с условиями договора. Цель работы – разработка нового поколения средств измерения для измерения комплексных параметров коэффициентов передачи и отражения Р4-, измерителей коэффициентов передачи и отражения Р2-, измерителей характеристик шума Х5-.

1.1.1 Состав каждого комплекта прибора и требования к конструкции

Состав комплекта каждого прибора приведен в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Состав комплектов приборов.

Примечание – Состав комплекта прибора, комплекта ЗИП и комплекта эксплуатационной документации уточняется на этапе технического проекта.

1.2Тактико-технические требования

При конструировании прибора должны выполняться требования ГОСТ В 20.39.308-76, а также других, действующих в отрасли, стандартов и нормативно-технических документов по стандартизации (НИД ПС).

Основные размеры и конструктивное выполнение прибора должны соответствовать требованиям ОСТ 4.270.000-83 и ОСТ В 4.410.020-83, а также других действующих в отрасли НТД ПС в части базовых конструкций (при возможности их использования), шрифтов, символов и сокращений терминов.

Основные размеры элементов присоединения прибора должны соответствовать требованиям ГОСТ 13317-89.

Конструкция прибора должна обеспечивать удобный доступ к элементам и составным частям, требующим регулировки и смены их в процессе эксплуатации, а также возможность замены сменных элементов и составных частей. Конструкция составных частей прибора должна обеспечивать индивидуальную замену комплектующих элементов при ремонте.

Материалы и полуфабрикаты, комплектующие изделия должны применяться по действующим стандартам и техническим условиям на них.

Выбор комплектующих изделий должен производиться из перечней, утвержденных Заказчиком и разрешенных для применения при разработке и модернизации аппаратуры народнохозяйственного назначения.

Масса прибора не должна превышать 20 кг (уточняется на стадии технического проекта).

Мощность, потребляемая прибором от сети питания, при номинальном напряжении не должна превышать 120 ВА (уточняется на стадии технического проекта).

Конструкция прибора должна обеспечивать возможность автоматизации контрольных операций, а также автоматизацию сборочно-монтажных работ.

Основные составные части прибора должны быть выполнены в виде функциональных узлов и блоков, в разъемном варианте конструктивного выполнения.

В приборе должны использоваться изделия микроэлектроники частного применения, разработанные в процессе проведения настоящего ОКР.

В конструкциях составных частей сменных печатных узлов, блоков должны быть предусмотрены приспособления, обеспечивающие их фиксацию в положении, удобном для осмотра, проверки и замены элементов при ремонте.

Все составные части прибора, контрольные точки, разъемы, выводы на печатных платах должны быть ясно и четко промаркированы (с учетом ограничений раздела 12 ГОСТ 20.39.308-76) и должна быть обеспечена возможность визуального контроля маркировки.

1.2.1Требования к параметрам и характеристикам измерителей коэффициента передачи и отражения (приборы группы Р2-).

Диапазон частот комплекта приборов должен быть от 0,01 до 37,5 ГГц. Весь диапазон должен перекрываться пятью приборами с предполагаемой разбивкой по поддиапазонам: (0,01-2,0) ГГц; (2,0-8,3) ГГц; (8,15-18,0) ГГц; (17,44-25,95) ГГц и (25,95-37,5) ГГц.

1.2.2 Режимы работы приборов группы Р2-.

а) измерение модуля коэффициентов передачи четырехполюсников;

б) измерение КСВН четырехполюсников.

Пределы измерения:

а) КСВН – 1,05 – 5,0

1,03 – 5,0 для тракта 7/3 мм в диапазоне частот (0,01 – 8,3) ГГц;

б) модуля коэффициента передачи (0–50) дБ в диапазоне частот (0,01–18) ГГц и (0-40) дБ в диапазоне частот (17,44-37,5) ГГц.

Основная погрешность отсчета и установки частоты не более F_уст10^-7.

Приборы должны обеспечивать панорамный режим работы при длительности периода качания, обеспечивающей оператору нормальную работу при проведении регулировочных работ (параметры режима уточняются на этапе ТП).

Параметры, входящие в состав приборов блоков генераторных должны обеспечивать параметры приборов в целом.

Приборы должны содержать панорамный индикатор, размером не менее 140 х 160 мм.

1.2.3Пределы допускаемой основной погрешности измерений

1) КСВН  5 К% для 2< К_стU<5,  3 К% для 1,05< К_стU<2 диапазоне частот до 2 ГГц;

2) КСВН ( 5 К+1)% для 2< К_стU<5,  (3 К+1)% для 1,05< К_стU<2 в диапазоне частот до 8 ГГц. Погрешность выше 8 ГГц устанавливается по результатам первого этапа.

3. модуля коэффициента передачи (0,3  0,04 Ах) дБ.

Приборы должны иметь производственно – эксплуатационный запас не менее 20% по основной погрешности установки частоты. Приборы должны сохранять свои технические характеристики в пределах норм при питании их от сети переменного тока напряжением (22022) В, частотой (501,0) Гц и содержанием гармоник не более 5%. Приборы должны допускать непрерывную работу в течение времени не менее 16 ч при сохранении электрических параметров и характеристик в пределах норм, заданных в ТТЗ. Время установления режима с момента включения должно быть для приборов всех поддиапазонов не более 30 мин во всем рабочем диапазоне температур (уточняется на стадии технического проекта). Уровень СВЧ излучений не должен быть более 10^-3 Вт/м на расстоянии 1 м от прибора.

1.2.4Требования к техническому уровню

Прибор должен иметь комплексные показатели технического уровня, сопоставимые с аналогичными показателями зарубежных аналогов того же класса и стоимости.

1.2.5 Требования к надежности

Средняя наработка на отказ (То) прибора должна быть не менее 10 000ч.

Среднее время восстановления работоспособного состояния блоков (Тв) должно быть не более 1 ч.

Гамма – процентный ресурс приборов (Т) должен быть не менее 10 000 ч при доверительной вероятности (), равной 90 %.

Гамма – процентный ресурс службы приборов (Тсл) должен быть не менее 15 лет при доверительной вероятности (), равной 90 %.

Гамма – процентный срок сохраняемости приборов (Тсх) должен быть не менее 12 лет для отапливаемых хранилищ и 6 лет для не отапливаемых хранилищ при доверительной вероятности (), равной 90 %.

Вероятность отсутствия скрытых отказов приборов комплекта (P(t)) за межпроверочный интервал (t), равный 24 мес. при среднем коэффициенте использования (Ки), равном 0,17 должна быть не менее 0,90.

Количественные значения показателей надежности (пп. 6.7.1-6.7.6) устанавливаются в соответствии с РД 4.4110.05-93 и, при необходимости, уточняют на стадии технического проекта, а оценку соответствия заданным требованиям проводят в соответствии с РД 4.4110.04-93 и РД 4.4110.02-93.

В эксплуатационных документах должны быть указаны критерии придельного состояния приборов.

1.2.6 Требования к технологичности конструкции

Приборы по технологичности конструкции и использованию унификации и типового оборудования должны отвечать требованиям типовых технологических процессов и обеспечивать достижение заданных показателей надежности при минимальных затратах на их изготовление, техническое обслуживание и ремонт.

1.2.7 Требования к уровню унификации и стандартизации

Требования к уровню унификации и стандартизации должны соответствовать ГОСТ В 20.39.308-76.

Показатели уровня унификации и стандартизации должны быть порядка:

коэффициент применяемости К_пр = 50 %,

коэффициент повторяемости К_п = 50 %.

Указанные коэффициенты уточняются расчетным путем на стадиях технического проекта и разработки рабочей документации опытного образца в соответствии с ГОСТ В 15.207-79 и ОСТ В 4.090.041-82.

1.2.8 Эстетические и экономические требования

Требования по технической эстетики и экономике должны соответствовать ГОСТ В 20.39.308-76, ОСТ 4.270.000-83, а также требованиям СТП УШЯИ.000.053-89.

1.2.9Условия эксплуатации.

По устойчивости к климатическим воздействиям приборы должны соответствовать требованиям группы 1.1 УХЛ по ГОСТ В 20.39.304-76 со значениями рабочих температур от плюс 5С до плюс 40С, по прочности механическим воздействиям – требования группы 1.6 по ГОСТ В 20.39.304-76.

1.2.10Требования к упаковке и маркировке

Упаковка должны соответствовать требованиям ГОСТ В 20.39.308-76.

Вид упаковки и ее обозначения должны соответствовать требованиям ОСТ 4.070.011-78.

Маркировка на таре должна соответствовать требованиям ГОСТ 14.192-77.

Маркировка приборов должна соответствовать требованиям ГОСТ В 20.39.308-76 и НТД, согласованной с Заказчиком.

Совершенствование метрологического обеспечения измерений в турбокомпрессорном цехе Узюм-Юганской ГКС

Измеритель коэффициента шума

Исследование и разработка методов и технических средств и измерения для формирования статистических высококачественных моделей радиоэлементов

Оборудование летательных аппаратов

Автоматизация доменного процесса

Проект новой подстанции для обеспечения электроэнергией нефтеперерабатывающего завода

Прибор для измерения скорости кровотока

Анализ технологического процесса и метрологического обеспечения при транспортировке природного газа

Измерение вязкости

Контроль качества сгорания топлива в методических нагревательных печах

Согласующее устройство для измерения четырехполюсных радиоэлементов

Техническое обслуживание и ремонт электроизмерительных приборов (милливольтметра)

Автоматизация процесса подготовки шихты

Технические измерения

Методы и средства радиационно-дозиметрического контроля при обращении с твердыми радиоактивными отходами