CC BY
58
УДК 669.713.7
В. С. Старцев Научный руководитель - В. С. Фаворский Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
СИСТЕМЫ СВЯЗИ И БОРТОВАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОНИКА МАЛОГАБАРИТНОГО СПУСКАЕМОГО ЗОНДА
Рассматриваются система связи и основная бортовая электроника малогабаритного спускаемого зонда на примере проекта «Сата 2011» по разработке атмосферного измерительного зонда, приведены типовые решения, приемлемые для использования для других спускаемых аппаратов.
В настоящее время в связи с загрязнением атмосферы и почвы появляется потребность в мониторинге параметров окружающей среды. С этой задачей качественно и в кратчайшие сроки может справиться атмосферный зонд, способный регистрировать загрязнение окружающего воздуха в окрестности заводских труб, измерять температуру, влажность, уровень радиации в окружающей среде и на месте посадки, а также вести видеосъемку и трансляцию видео в прямом эфире по радиоканалу.
Рассмотрим подробнее бортовую электронику и систему связи аппарата.
Система связи может реализовываться следующими основными методами:
1. Посредством спутника.
Плюсы: отсутствие явных зон непрохождения сигнала при значительном удалении от наземной станции, прием и передача данных практически из любой точки земного шара. Минусы: зависимость качества связи от скорости передачи данных между спутниками, ограничение полосы пропускания канала и скорости передачи данных, возможные сбои связи, а также необходимость оплата канала связи.
2. Непосредственная связь с базовой станцией на Земле.
Плюсы: независимость качества связи от технического состояния спутника, неограниченная полоса пропускания и скорость передачи данных, отсутствие платы за связь. Минусы: возможные зон непрохождения сигнала при вылете МСК за пределы прямой видимости и как следствие, ограниченная дальность передачи данных.
Система связи МСК включает в себя: систему передачи аналогового видеосигнала на частотах 420/433.192 МГц, систему передачи сигналов управления по дуплексному каналу 2,4 ГГц, запасной канал связи 433.192 МГц для передачи телеметрии, запасной спутниковый GPS канал связи 1,2 ГГц, цифровой передатчик видеосигнала на 2,4 ГГц.
Преимущества цифрового передатчика по сравнению с аналоговым: большая дальность связи в 5-10 раз за счет цифрового сжатия сигнала. Отсутствие видимых искажений изображения («снег», искажение и потеря цвета) при несущественном ослаблении сигнала на трассе «борт-земля». К недостаткам следует отнести относительную высокую стоимость изготовления такого модуля и техническая сложность изготовления и разработки в отличие от аналогового передатчика.
Бортовая измерительная электроника включает в себя: датчики радиации, температуры, влажности почвы для оценки высадки семян растений, видеокамера.
Сигналы со всех датчиков идут на АЦП, где преобразуются в единый кодированный сигнал и далее подаются на приемопередающий модуль. На земле находится приемопередающая станция, которая декодирует сигнал и отправляет его на ноутбук, где фиксируются показания датчиков и записывается видео.
Данный аппарат предназначен для контроля параметров воздуха и почвы в труднодоступных местах Земли, а также других планет.
© Старцев В. С., Фаворский В. С., 2011
УДК 681.5.08
А. С. Федченко Научный руководитель - Е. А. Мизрах Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ИЗМЕРИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА МАЛОЙ ВЕЛИЧИНЫ
Рассмотрены основные типы датчиков тока, их конструкции и принцип работы, сделаны выводы относительно возможности применения их для измерения малых токов.
Для создания устройств защитного отключения в системах электропитания постоянного тока необходимо измерение постоянных токов малой величины (токов утечки).
Целью данной работы является рассмотрение свойств, характеристик и конструкций измерителей постоянного тока, имеющих высокую чувствительность к токам малой величины.
Секция «Автоматика и электроника»
Наиболее распространенными в наши дни технологиями измерения токов являются следующие:
а) резистивная;
б) на основе токового трансформатора;
в) на основе эффекта Холла.
Резистивный метод с использованием токового шунта является очень распространенным и недорогим. Однако ему свойственны два недостатка: поглощение мощности (нагрев) и отсутствие гальванической развязки.
Токовые трансформаторы обычно применяются в случае измерения переменных токов. Большинство недорогих токовых трансформаторов работают в очень узком диапазоне частот и не способны измерять постоянный ток. Однако токовые трансформаторы не вносят потерь, не требуют питания и не имеют напряжения смещения. Однако известны технические решения «трансформатора постоянного тока» [1]. Они совмещают в себе низкие потери мощности и изоля-
цию токового трансформатора с возможностью точного измерения постоянных токов в виде усовершенствованного шунтового резистора. При измерении малых токов они обладают существенной нелинейностью характеристик и для измерения малых токов малопригодны.
Датчики тока на эффекте Холла представляют собой наиболее интересную группу распространенных на сегодняшний день устройств измерения тока. К их главным достоинствам следует отнести отсутствие вносимых в систему потерь мощности (и, как следствие, выделение теплоты), хорошую электрическую изоляцию, широкий диапазон частот и возможность измерения постоянных токов. Недостатком, по сравнению с двумя другими методами, является необходимость внешнего источника питания. Различают 2 типа датчиков Холла, которые, по сути, различаются только схемой подключения: открытые (без обратной связи) и компенсационные (с обратной связью).
Характеристики датчиков тока, выполненных на основе различных технологий
Датчики Поглощение мощности Гальван. развязка Внешнее питание Напряжение смещения Относит. стоимость
Резистивные да нет нет нет низкая
На эффекте Холла открытые нет да да да средняя
На эффекте Холла с ОС нет да да нет высокая
Токовые трансформаторы да да нет нет высокая
Рис. 1. Схема эксперимента с датчиком Холла
Рис. 2. Изучение чувствительности датчиков Холла в зависимости от сопротивления выходного резистора
Из таблицы видно, что по совокупности свойств наиболее перспективными для измерения малых токов являются датчики на основе эффекта Холла.
Для изучения поведения датчика Холла на малых токах был проведен эксперимент с использованием датчика Холла ЬЛ-55Р фирмы ЬБМ.
Цель данного эксперимента - изучить зависимость чувствительности датчика от сопротивления выходного резистора и сделать вывод о возможности использования промышленно выпускаемых датчиков для фиксирования токов малой величины. В результате были получены зависимости, изображенные на рис. 2.
Из рис. 2 видно, что с увеличением сопротивления нагрузочного резистора возрастает напряжение на выходе датчика. Таким образом, можно сделать вывод, что серийно выпускаемые датчики тока на основе эффекта Холла могут использоваться для измерения малых токов при достаточно большом нагрузочном сопротивлении.
Библиографическая ссылка
1. Mammano B. Current sensing solutions for power supply designers. Техас : Texas Instruments Incorporated, 2001.
© Федченко А. С., Мизрах Е. А., 2011
