CC BY
35
рювань. Величина абсолютно! похибки вимiрювання постiйна в усьому дь апазонi вимiрювань i визначаеться дискретою пiдрахунку (перiодом iмпу-льсiв ГВЧ). Величина вщносно! похибки залежить вiд величини вимiрюва-ного прискорення - чим воно бшьше, тим точшше його можна вимiряти.
Параметри акселерометра. Висновки
Застосування комп'ютерного опрацювання дозволяе нейтралiзувати природнi недолжи i недосконалостi ВОД, пом'якшити жорстюсть вимог, що висуваються до самих ВОД, не знижуючи при цьому високих вимог до якост вимiрювань в цiлому.
Розрахунковi (очiкуванi) величини основних параметрiв акселерометра.
13
- порогова чутливють........................................................10 g;
- мiнiмальна вiдносна похибка вимiрювань..........
...................10'%;
- динамiчний дiапазон вимiрюваних величин прискорень..........10 .
В разi необхщност наведенi параметри можуть бути змшет на 2-3 порядки в той чи шший бж шляхом вiдповiдного добору конструктивних па-раметрiв ВОД i параметрiв схеми опрацювання його сигналу.
Розглянут акселерометри можуть слугувати основою для побудови ше-рцiальних навiгацiйних систем автономних рухомих об'екпв, зокрема кос-мiчних лiтальних апаратiв, що перебувають протягом тривалого часу пiд дiею малопотужних силових факторiв, наприклад, тиску сонячного виру.
Л1тература
1. Демьяненко П.А., Зиньковский Ю.Ф., Прокофьев М.И. Прецизионный цифровой акселерометр с волоконно-оптическим датчиком. // Радиоэлектроника. - 1997. -Т.40. - №1. - С.39-47. (Известия высш. учебн. заведений).
2. Демьяненко П.А., Зиньковский Ю.Ф., Прокофьев М.И. Обработка сигналов в изме-
рителях с импульсными волоконно-оптическими датчиками. // Радиоэлектроника. Известия высш. учебн. заведений. 1998. Т.41, №8. С.54-60. 3. Федорцов А. О., Долинский М. С. Микроконтроллеры и микропроцессоры для
встроенных систем. // Электроника, № 11-12, 1998.
Дубиковский А. А., Демьяненко П. А. Микроконтроллерная обработка сигналов в прецизионном цифровом акселерометре с волоконно-оптическим датчиком. Рассмотрены особенности, принцип и режимы работы трехкоординатного волоконно-оптического датчика. Приведены структурная схема и алгоритм обработки сигнала прецизионного цифрового акселерометра с таким датчиком, ожидаемые величины основных параметров. Dubikovsky A.O., Demjanenko P.O. The microcontroller processing of signals in precision digital accelerometer with the fiber-optical sensor. Features, a principle and operating modes of the three-coordinate fiber-optical sensor are considered. The block diagram and algorithm of processing of a signal precision digital accelerometer with the fiber-optical sensor is offered, expected sizes of key parameters are resulted.
УДК 681.586.5; 531.768
ОПРАЦЮВАННЯ СИГНАЛ1В В ПРЕЦИЗ1ЙНОМУ ЦИФРОВОМУ АКСЕЛЕРОМЕТР1 З ВОЛОКОННО-ОПТИЧНИМ ДАВАЧЕМ
Чубарев О.А., Дем 'яненко П.О.
Наведено алгоритм опрацювання сигнал1в в прецизтному цифровому акселерометр1 з волоконно-оптичним давачем. Розглянут1 переваги та особливост1 використання мтроконтролерого пристрою для обробки сигнал1в в1д волоконно-оптичного давача.
BicHUK Нацюнального техтчногоутверситету Украти "КП1" 101
Серiя — Радютехтка. Радюапаратобудування.-2007.-№35
Вступ. Постановка задачi
Абсолютна невразливють волоконно-оптичних давачiв (ВОД) до рiзних за походженням та штенсившстю електромагнiтних полiв, 1хня пiдвищена стiйкiсть при роботi в хiмiчно та фiзично агресивних середовищах привер-тае увагу розробникiв, визначае актуальнiсть розробки ефективного алгоритму опрацювання сигналу iмпульсного ВОД - основи для побудови 3-координатного прецизшного цифрового вимiрювача надмалих прискорень.
Алгоритм опрацювання сигналiв
Вихiдний сигнал ВОД формуеться у виглядi часово! послiдовностi оп-тичних iмпульсiв, що дозволяе реалiзувати принцип «вимiрюван-ня-шдрахунок». Похибка вимiрювання визначаеться дискретою вимiрю-вання { м1шм1зуеться опрацюванням сигналу мжроконтролером. Основою конс-трукци ВОД е конiчний маятник на осно-вi вiдрiзка кварцового волоконного свгг-ловода (ВС), консольно закршленого в корпусi. На вiльному кшщ консолi е ше-рцiйна маса (1М) з магнiтом'якого мате-рiалу [1]. В робочому режимi кшець маятника описуе коло над схрещеними ввiг-нутими дзеркалами, виконаними у вигля-дi вiдрiзкiв двох зрiзаних торо!дальних поверхонь, тороутворюючi площини яких перетинаються пiд прямим кутом i визначають вiсi 0Х та 07 чутливост ВОД (рис.1). В моменти перетинання кшцем -маятника вюей кривизни дзеркал, части-на оптичного потоку повертаеться назад у консоль ВС, формуючи на виходi ВОД оптичний сигнал у виг-лядi послiдовностi коротких оптичних iмпульсiв, яку можна розглядати як таку, що складаеться з двох, вкладених одна в одну X i 7 послщовностей, сформованих iмпульсами вщ вiдповiдних дзеркал (рис. 2).
Рис.2.Часова д1аграма вихщного опти-1чного сигналу ВОД для випадку а=0.
1, 2, 3, 4, - порядков! номери ¡мпульав (умовно); I, II, III, IV, - порядков! номери квадрант! в круга об1гу; Т - перь
г{ од обертання маятника; Тх\, Тх2 -
--^ час перебування маятника з одного (в
квадрантах 1,11) 1 з другого (в квадрантах III,IV) боку вю ОД вщповщно; Ту\, I ТУ2 - час перебування маятника з одного (в квадрантах 11,111) 1 з другого (в квадрантах IV,!) боку вю1 07, вщповщно.
102 Вкник Нацюнального техшчного утверситету Украгни "КШ"
Серiя — Радютехтка. Радюапаратобудування.-2007.-№35
Рис.1. Коло об1гу маятника 0Х, 07 - вю1 дзеркал (чутливосп);
1-й iмпулbс генеруеться при перетинанш маятником вю1 0Х
2-й гмпульс генеруеться при перетинанш маятником вю1 07
Оптичш iмпульси надходять на фотоприймач (ФП), де перетворюються на електричнi, для подальшого опрацювання !х засобами цифрово! техшки. Алгоритм опрацювання сигналiв призначений для роботи з мжроконтро-лером (МК). Для забезпечення необхщно! точностi вимiрювань був обра-ний МК Intel 8XC251S SB, з параметрами: тактова частота - 16 МГц; RAM -1 Кб; ROM/OTPROM/EPROM - 16 Кб; 3 таймериЫчильники - по 16 бгг кожний [2].
Для роботи МК слщ накопичити необхщт вхщт дат, якими е: Tx1, Tx2 - часи перебування маятника обабiч осi X; Ty1, Ty2 - часи перебування маятника обабiч осi Y, T - повний перюд обертання маятника.
Алгоритм накопичення euxidnux даних При початковому запуску ВОД маятник за допомогою електромагнтв выводиться в четвертий квадрант (рис 1.) i далi приводиться в рух за го-динниковою стрiлкою. При цьому змшш в алгоритмi, що вiдповiдають часам перебування маятника обабiч обох осей i повним перiодам останнього i передостаннього циклiв обнуленi. Таймери МК також обнулеш.
При проходженш маятника над першим дзеркалом на МК поступае iмпульс (умовно назвемо його першим). Прихщ цього iмпульсу запускае перший таймер МК i змiнна, що вiдповiдае за положення маятника (i ви-значае чверть), стае рiвною одиницi. Далi, з частотою шдрахункових iмпу-льсiв (100 МГц) перший таймер збшьшуе свое значення на одиницю. Якщо до приходу другого iмпульсу вiд ВОД цей таймер переповнюеться, то дру-гий таймер шкрементуеться, а перший обнуляеться i запускаеться знову. Прихщ другого iмпульсу змiнюе змiнну перюду на двiйку, iнтервали часу Tx1 i Ty2 збiльшують свое значення на число, записане в першому таймерi (або комбшаци першого i другого таймерiв). Таймер(и) перезапускаються. Якщо змшна Ty1 не дорiвнюе нулю (що вщповщае вже не першому повно-му перiоду обертання маятника) то:
1. Проводиться розрахунок прискорення вздовж координати Y;
2. Розраховуеться повний перюд обертання маятника, порiвнюеться з початковим значенням перюду обертання T0 i визначаеться приско-рення вздовж ос 0Z;
3. Отримавши всi необхщш вихiднi данi, розраховуються направляючi косинуси i модуль вектора прискорення [3]. Посля повного циклу опрацювання вихщш дат спрямовуються на вихiдний порт МК в зручному для подальшого використання виглядь
Прихщ на МК третього iмпульсу збiльшуе Tx1 и Ty1 на величину часу, що був витрачений в перехiдних тактах МК. Лiчильники обнуляються, змiнна перюду дорiвнюеться до трiйки. Прихiд четвертого iмпульсу додае до Tx2 i Ty1 значення таймера(iв), таймери обнуляються, змшна перюду до-рiвнюеться до четвiрки. При наступнiй подачi першого iмпульсу: перiод = 1; обнуляються таймери; збшьшуються змiннi Tx2 и Ty2; проводиться розра-
BicHUK Нацюнального техтчногоутверситету Украти "КП1" 103
Серiя — Радютехтка. Радюапаратобудування.-2007.-№35
хунок прискорення вздовж ос X. Даш цикл повторюеться, доки на МК по-даеться живлення, або не вщбулося його скидання.
Для забезпечення високо! точност вимiрювань всi змiннi на пiвперiодiв -32 розряднi з плаваючою комою, що дозволяе забезпечити розрахункову по-хибку вимiрювання до 10 %. Оскiльки похибка вимiрювання складових вектора прискорення напряму залежить вiд похибки вимiрювання часових штер-валiв, то при складанш програми слiд враховувати кшьюсть пропущених так-тiв, за час яких виконувалися всi команди програми. Для такого обл^ слiд вводити поправки в вимiрюванi перiоди i напiвперiоди маятника.
Для передачi шформаци оператору або до пристрою опрацювання вихь дних даних акселерометра (який не входить до складу розроблюваного пристрою) можна застосувати таю методи: передача по радюканалу; вивщ даних на дисплей; перетворення даних для передачi через COM-, LPT- або [/SB-порти з наступним опрацюванням, накопиченням i аналiзом, викорис-товуючи програмне забезпечення ПК.
Висновки
Зауважимо, що використання МК для опрацювання сигналiв ВОД дозволяе побудувати всю електричну схему акселерометра на однш малоро-змiрнiй платi, що призводить до зменшення масогабаритних параметрiв пристро! i важливо для бортових систем.
Лггература
1. Демьяненко П. А., Зиньковский Ю.Ф., Прокофьев М.И. Прецизионный цифровой акселерометр с волоконно-оптическим датчиком//Известия высш. учебн. заведений. Радиоэлектроника. - 1997. - Т.40. - №1. - С.39-47.
2. Intel 8XC251 SA,8XC251 SB,8XC251 SP,8XC251SQ Embedded Microcontroller User's Manual.
3. Демьяненко П.А., Зиньковский Ю.Ф., Прокофьев М.И. Обработка сигналов в измерителях с импульсными волоконно-оптичними датчиками // Известия высш.
учебн. заведений. Радиоэлектроника. 1998. T.41, №8. C.54-60.
Чубарев О. А., Демяненко П.О. Обработка сигналов в прецизионном цифровом акселерометре с волоконно-оптическим датчиком. Приведен алгоритм обработки сигналов в прецизионном цифровом акселерометре с волоконно-оптическим датчиком. Рассмотрены преимущества и особенности использования микроконтроллерного устройства для обработки сигналов датчика. Chubarev A.A., Demyanenko P.O. Processing of the signals in precision digital accelerometer with the fiber-optical sensor. The algorithm of processing the signals in precision digital accelerometer with the fiber-optical sensor is brought. Advantages and features of use microcontroller device for processing signals from the fiber-optical sensor are considered.
104 В^ник Нацюнального техтчного утверситету Украгни "КП1
Серiя — Радютехтка. Радюапаратобудування.-2007.-№35
