Реферат: Разработка макета системы персонального вызова

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка к дипломному пpоекту«Разpаботка макета системы персонального вызова» содеpжит листов, ил­люстpаций, таблиц, использованных источников .

МАКЕТ,  СИСТЕМАПЕРСОНАЛЬНОГО ВЫЗОВА, МАГНИТНОЕ

ПОЛЕ, ВХОДНОЙПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, АНТЕННЫЙ ДАТЧИК,

УМНОЖИТЕЛЬДОБРОТНОСТИ, КОНВЕРТОР.

Цель дипломного пpоекта — pазpаботатьконстpукцию макета системы персонального индукционного вызова, конструкциюантен­ного датчика приемника персонального вызова. Разpабатываемое устpойствопpедназначается для испытания различных типов ан­тенных датчиков и ихсравнения, произвести оценку возможности применения исследуемых датчиков всиcтемах персонального вызо­ва.

CОДЕРЖАНИЕ

Стp.

Задание на дипломный пpоект                                                                                           2

Рефеpат                                                                                                                                      3

Пеpечень сокpащений, условных обозначений:

символов, единиц, теpминов                                                                                                4

Введение                                                                                                                                   5

1. Обзор тематической литературы                                                                                  6

1.1. Системы персонального вызова — назначение,

принципы организации, недостатки                                                                    6

1.2. Способы приема слабых низкочастотных

электромагнитных полей                                                                                        10

2. Исследование индукционных датчиковмагнитного поля для системы индукционного персональноговызова                                               25

2.1. Анализ методов повышениячувствительности индукционных датчиков магнитного поля              25

2.2. Умножители добротности антенных контуров                                                     28

2.3. Исследование параметров индукционных датчиков                                           32

2.4. Макет системы персонального вызова                                                                    40

3. Исследования полупроводниковых датчиков

магнитного поля                                                                                                             46

3.1. Источник магнитного поля                                                                                          46

3.2. Определение магниточувствительности диода                                                     47

3.3. Определение магниточувствительности транзистора                                         48

4. Исследование возможности построениясистемы персонального вызова с использованием электрическогополя                                  49

4.1. Принцип работы пьезоэлектрическоготрансформатора  49

4.2. Исследование пьезоэлектрического трансформатора                                        50

5.   Охpана тpуда и техника безопасности                                                                     53

5.1. Анализ условий тpуда                                                                                                   55

5.2. Разpаботка меpопpиятий по пpиведениюусловий тpуда в соответствие с тpебованиями вопpосов техники безопасности,гигиены тpуда и пpоизводственной санитаpии                         58

5.3. Пожаpная пpофилактика                                                                                              60

5.4. Выводы                                                                                                                              61

6. Экономическая часть                                                                                                        62

6.1. Назначение устройства и выбор базыдля сравнения показателей качества                               62

6.2. Расчет качественных показателей                                                                            62

6.3. Расчет пpедпpоизводственных затpат                                                                     64

6.4. Расчет себестоимости, договоpной цены и дохода                                               66

7. Гpажданская обоpона                                                                                                      69

Заключение                                                                                                                              78

Списокиспользованной литеpатуpы                                                                               79

ВВЕДЕНИЕ

Совpеменноепpоизводство pазвивается в условиях науч­но-технической pеволюции, главноесодеpжание котоpой составля­ет освобождение человека от ручного труда. Савтоматизацией пpоизводства пpоисходит пеpедача машинам функций упpавления.

На этой основетехнический базис пpоизводства подымается на качественно новую ступень иосвобождается от всех огpаниче­ний, котоpые связаны с естественнымивозможностями pабочей си­лы. В pезультате обеспечивается поистине безгpаничныйpост пpоизводительности тpуда. Автоматизация коpенным обpазом меня­ет месточеловека в пpоизводстве и хаpакттеpе его тpуда. Тpуд из непосpедственного впpоцесс пpоизводства пpевpащается в функцию контpоля и pегулиpования.

Одним из главныхфакторов, влияющих на производительность труда является время. Его экономиястановится одной из главных задач возникающих в производстве. В целом по странепотеря да­же одной минуты обходится в миллионы рублей.

Применение систем персонального вызовапозволяет в значи­тельной мере сократить потерю рабочего времени, расходуемогона поиски требуемого человека. Автоматизация поиска уменьшает это время болеечем в два раза. Целью данной дипломной работы является разработка макетасистемы персонального вызова на основе которого исследуются новые типы антенн вприемниках ин­дивидуального вызова.

1. ОБЗОР ТЕМАТИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Системы персонального вызова — назначение, принципы организации, недостатки

Особое место в развитиипромышленности отводится повышению производительности труда, совершенствованиюструктуры управле­ния и улучшению работы всех видов связи. Выполнение этихзадач в значительной степени способствует внедрение систем персо­нального радиовызова (СПРВ).

В различных отрасляхпроизводства, на транспорте и в сфере обслуживания связь между работниками, поспецифике связанными с пребываниями на каких-либо объектах или с передвижениемпо городу, может осуществляться с помощью радиотелефонной аппара­туры.Сложность реализации такой связи определяется ограничен­ностью и занятостьюдиапазона радиочастот, громоздкостью и до­роговизной аппаратуры. Использованиеже СПРВ позволяет избе­жать указанных трудностей и недостатков и осуществитьизбира­тельный вызов по узкополосному каналу любого из абонентов, свободнопередвигающегося в пределе города и его окреснностей. При вызове, принимаемомминиатюрным абоненским приемником кар­манного типа, извещаемый абонентиспользует ближайший телефон для переговоров.

Таким образом, вотличии от «классической» системы радио­вызова (с передвижнымиприемопередатчиками), СПРВ, рационально сочетающиеся с телефонной сетью, болеедоступны для значитель­ного числа абонентов.

СПРВ завоевалиширокое признание во многих странах мира. Общее число абонентов таких систем вмире исчисляется миллио­нами. Наряду с СПРВ городского типа запланированы разработкисистем государственных и континентальных масштабов. Построение СПРВ можетосуществляться многообразными формами и методами о чем свидетельствует рядразработок, таких как «Bellboy» (США),«Multiton»(Великобритания), «Poket Bell»(Япония) и другие.Исследования в области отыскания оптимальных форм и методов построения такихсистем являются актуальной проблемой.

Использованиерадиоканала в СПРВ для передачи односторон­него селективного вызова каждому измножества абонентов позво­ляет отнести эту систему к классу адресных. К томуже, так как все характеристики таких систем зависят от количества абонен­тов иразмеров зоны действия, работы, проводимые по созданию СПРВ, можно разделить надва направления. Первое — разработка систем вызова для отдельных предприятий смалым радиусом действия и небольшим числом абонентов (до 500). Второе направ­ление- создание СПРВ с зоной действия, определяемой размерами города и егоокрестностей или более крупных регионов с числом абонентов, достаточным дляудовлетворения потребительского спроса в этой зоне. Как правило, в таких СПРВиспользуют УКВ передатчик, расположенный в центре зоны обслуживания. Передачасигналов вызова в этой зоне обеспечивается в пределах радиуса действияпередатчика, поэтому такие системы можно еще отнести к классу радиальных.Рассмотрим принципы построения нескольких крупных СПРВ.

Одной из первыхкрупных разработок была «Система персо­нального вызова на УКВ» (США),работающая в диапазонах 20...50 и144...174 МГц. Структурная схема такой системыпредставлена на рис.1.1.

Каждый из пультовуправления 1 является контрольно-комму­тирующим устройством. Один издиспетчеров набирает четырехз­начный номер абонента, сигнал после коммутациипередается в виде двоичного кода в кодирующее устройство 2, здесь он преоб­разуетсяв кодовые посылки вызова и поступает к передатчику 3. Излучаемые радиосигналывызова включают звуковую сигнализацию миниатюрного приемника 4, находящегося уабонента. Услышав сигнал, абонент нажимает на приемнике кнопку прослушивания ислышит сообщение, которое передает диспетчер вслед за передачей сигнала вызова.В рассматриваемой системе принято кодирование сигналов вызова по частотнымпризнакам с использованием мно­жества тональных (кодовых) частот. Для хорошейнадежности при­ема сигналов вызова, особенно когда вызываемый абонент перед­вигаетсяв зоне стоячих волн, комбинация частот вызова переда­ется дважды с интервалом 3секунды. Приемное представляет со­бой связной супергетеродинный приемник сдвойным преобразова­нием частоты, имеющий карманные размеры и снабженныйдекодиру­ющим устройством, подключенному к выходу дискриминатора.

Важным шагом вдальнейшем развитии принципов построения и структуры персонального вызоваявилась система «Bellboy»(США). Кодирующее устройство этой системыпредставляет собой так на­зываемую контрольно-оконечную станцию (терминал),которая не­посредственно связана с городской телефонной сетью.

Вызов абонентаосуществляется с помощью обычного телефон­ного аппарата. Набирается семизначныйномер, первые три цифры которого соединяют вызывающего с системой СПРВ, апоследние четыре указывают номер вызываемого абонента. Полученные в тер­миналекодовые кодовые сигналы вызова посылаются одним или несколькимирадиопередатчиками. На рисунке 1.2 показана струк­турная схема системы «Bellboy».Здесь 1-телефонная сеть, 2- терминал радиовызова, 3- радиопередатчик,4-приемники. Сигналы радиовызова в системе «Bellboy» передаются ЧМпередатчиком на частоте 145 МГц с девиацией 1.3 КГц.

Широкоераспространение получила СПРВ «Multiton» (Великоб­ритания). Этасистема применяется более чем в 70-ти странах, в том числе и в бывшем СССР. Этафирма претендует на авторство самой первой разработки СПРВ.

Система«Multiton» может работать (в зависимости от составляющего ееоборудования) так с небольшим количеством абонентов (до 870), так и обеспечиваяобслуживание целых горо­дов с числом абонентов до 10 тысяч. Существуют варианты«Multiton» с передачей речевого сообщения или с передачей до­полнительнойинформации в виде отдельных звуковых тонов или цифровой индикацией в приемникахвызова. В системах с большим количеством абонентов используетсядвоично-цифровое кодирова­ние (ДЦК). В отличии от частотного ДЦК основано не намногооб­разии частотных признаков тональных сигналов вызова, а на использованиибинарных сигналов, отражающих запись номера (цифр) вызова в двоичномисчислении. При этом бинарные сигналы могут формироваться непосредственноманипуляцией частоты пере­датчика, например частотной, фазовой или амплитудноймодуляци­ей. В системах «Multiton» используется частотная модуляция.Поскольку указанные бинарные системы можно отнести к классу цифровых, то СПРВ сДЦК часто называют цифровыми системами.

Из отечественныхСПРВ можно выделить систему «Луч-1В». Эта система рассчитана дляиспользования на отдельных предприяти­ях, но возможно применение несколькихпередатчиков (до шести), что позволяет значительно расширить зону действиясистемы. Используемые в этой СПРВ цифровые сигналы радиовызова (ДЦК с частотноймодуляцией)рассчитаны на передачу абоненту двух ти­пов вызовов (индивидуальногои группового) и дополнительной информации в виде одноцифровой команды.

Все рассмотренныевыше системы персонального вызова осно­вываются на передаче сигнала вызова вУКВ диапазоне на часто­тах 20-200 МГц. Радиосвязь на УКВ широко используетсядля свя­зи с передвигающимися автомашинами, тогда, когда необходимо обеспечитьохват системой большой площади (например в пределах города). Несмотря на своидостоинства, системы с радиовызовом имеют ряд существенных недостатков:

а) воздействие на другие системы беспроводнойрадиосвязи;

б) возможностьпрослушивания передаваемой информации за пре­делами предусмотренной для связитерритории;

в) невозможность использовать под землей (шахты);

г) наличие ярко выраженной«тени», возникающей в следствии эк­ранировки радиосигналов стальнымиконструкциями зданий,  круп­ным станочным оборудованием.

Индуктивная связьявляется альтернативой радиосвязи. Она избавлена от этих недостатков, хотяобладает другими. Индук­тивная связь — это беспроволочная связь, основанная наприеме магнитного поля и действующая в заданных пределах предприятия или цеха.В тех случаях, когда перекрываемые индуктивной связью расстояния и площадиудовлетворяют предприятие или ор­ганизацию, этот вид связи, действуя вопределенных територи­альнных границах объекта, имеет ряд преимуществ передради­освязью на УКВ.

Магнитное поле низкой частоты (до 100КГц), получаемое с помощью проволочной петли (шлейф), принимаетсяиндивидуальными приемниками, представляющие собой датчик НЧ магнитного поля,усилитель и декодер сигнала вызова. Декодер может применятся тот же, что и всистемах СПРВ, усилитель должен обеспечивать параметры (усиление, коэфициентшума и другие), необходимые для нормальной работы декодера. Особогорассмотрения требуют датчики магнитного поля, характеристики которых взначительной степени определяют параметры всей системы.

1.2. Способы приема слабыхэлектромагнитных низкочастотных полей

Для приема слабыхнизкочастотных злектромагнитных полей применяется множество методов. Одни изних рассчитаны на ре­гистрацию электрической составляющей электромагнитногополя, другие — магнитной. В данном случае нас интересуют методы ре­гистрациимагнитного поля.

Одним из главныхкомпонентов в системе регистрации магнит­ного поля являются датчики. Они вомногом определяют параметры системы, самый главный из которых — чувствительность. Методы создания магнитных датчиков базируются на многихаспектах фи­зики и электроники. Существует 11 наиболее применяемых методовобнаружения магнитного поля. Это следующие методы:

1) индукционный;

2) с насыщенным сердечником;

3) ядерной прецессии;

4) оптической накачки;

5) СКВИД;

6) на основе эффекта Холла;

7) магниторезистивный;

8) магнитодиодный;

9) магнитотранзисторный;

10) с использованием волоконных световодов;

11) магнитооптические.

Рассмотримконструкцию каждого датчика.

1.2.1. Индукционные  датчики.

Наиболеераспространенным преобразователем напряженности магнитного поля являетсяиндукционный датчик, типичным приме­ром которого служит приемная рамка, работающаяна принципе электромагнитной индукции. Конструктивно выполняется два типарамок:

1) без сердечника — один или множествовитков провода имеющих форму круга или прямоугольника (рис. 1.3а);

2) с сердечником — провод наматываеся на материал с высокой магнитной проницаемостью (рис. 1.3б).

Использованиесердечников значительно увеличивает магнит­ный поток, пронизывающий рамку, иобеспечивает тем самым более высокую чувствительность преобразователя. Приодинаковой чувствительности по напряженности магнитного поля рамки с сер­дечникомобычно существенно меньше, чем рамки без сердечника.

Как известно, ЭДСиндуцируемая магнитным полем в катушке равна

e= — — cos                           (1)

где Ф= SH sin( t+ ) -  магнитный  поток, пронизывающий  витки

рамки;

— магнитная  проницаемость сердечника;

S — площадь поперечного сечения сердечникаили витка воз­душной рамки.

При приемевысокочастотных полей обычно пользуются поняти­ем действующей высоты рамки h,определяющей по существу ее чувствительность в режиме холостого хода кэлектрической составляющей электромагнитного поля. Для рамки без сердечника

h= -----                        (2),

Q= ---                          (3).

Как и любая катушкаиндукционная рамка имеет распределен­ную межвитковую емкость обмотки С.Величина ее зависит от многих факторов и не поддается расчету. ЭкспериментальноС можно найти определяя резонансные частоты рамки f при несколь­ких значенияхвнешней емкости Свн и используя формулу Томпсона

— = 4* *L*(Cвн — С )                                   (4).

Индукционные датчикимагнитного поля являются одними из наиболее чувствительных датчиков. С ихпомощью можно регистри­ровать поля напряженностью от 10Е-14 А/м в диапазоне донескольких МГц.

1.2.2. Датчики с насыщенным сердечником.

Датчики этого типатакже называют магнитомодуляционными и феррозондами. В основном они применяютсядля измерения посто­янных магнитных полей, но эти же датчики можно использоватьи для измерения напряженности переменных магнитных полей низких частот (Fmax=10КГц).

Датчик с насыщеннымсердечником представляет собой уст­ройство состоящее из одного или двухсердечников из высокопро­ницаемого магнитомягкого материала с распределеннымипо длине обмотками (рис. 1.4).

Принцип действияоснован на периодическом изменении прони­цаемости сердечников с помощьювспомогательного переменного магнитного поля. Обмотка возбуждения питается отспециального источника переменного тока. Величина тока выбирается такой, чтосоздаваемое им поле в определенную часть периода обеспечи­вает в сердечникесостояние насыщения. При этом магнитные ли­нии измеряемого поля«выталкиваются» из сердечника, пересекая при этом выходную катушку ив ней индуцируется Э.Д.С., которая зависит от величины измеряемого поля. Обычнона выходе стоит фильтр, выделяющий вторую гармонику частоты возбуждения. Таккак при напряженности поля равном нулю она также равна нулю, то по ее амплитудесудят о величине измеряемого магнитного по­ля. Нижний предел измеряемыхмагнитных полей датчика с насы­щенным сердечником равен 10Е-12 А/м.

1.2.3. Магнитометр с оптической накачкой.

Магнитометр соптической накачкой основан на эффекте Зее­мана. В 1896 году голландский физикП.Зееман показал, что неко­торые из характеристических спектральных линий атомоврасщеп­ляются, когда атомы помещены в магнитное поле; одна спектраль­ная линиярасщепляется в группу линий с несколькими различаю­щимися длинами волн.Особенно этот эффект выражен в щелочных элементах, например, в цезии.

В магнитометре соптической накачкой используются 3 энер­гетических состояния, возможных дляединственного валентного электрона цезия: 2 низких близкорасположенныхсостояния и одно состояние с более высокой энергией. Разница энергий между бо­леенизкими состояниями соответствует радиочастотным спект­ральным линиям, апереход между одним из более низких состоя­ний и более высоким состояниемсоответствует спектральной ли­нии в оптической области.

Рассмотрим парыцезия при оптической накачке света с кру­говой поляризацией. Количество света,поглощаемое парами, из­меряется при помощи фотодетектора. Первоначальнонекоторые электроны в парах будут находиться в одном из низких энергети­ческихсостояний и некоторые — в другом. Когда атомы поглощают фотоны света с круговойполяризацией, их угловой момент обяза­тельно меняется на единицу. Такимобразом, электроны, находя­щиеся в энергетическом состоянии, отличающемся отболее высо­кого состояния на единицу углового момента, будут поглощать фотоны ипереходить в более высокое состояние, а находящиеся в энергетическом состояниис таким же угловым моментом, как и в более высоком состоянии, — не будут.Поскольку некоторые фото­ны поглощаются, сила света уменьшится. Электрон,находящийся в более высоком состоянии, почти немедленно переходит в одно изболее низких состояний. Каждый раз, когда электрон совершает этот переход,существует некоторая вероятность того, что он пе­рейдет в состояние, в которомневозможно поглощение света. При достаточном времени почти все электроныперейдут в такое состояние. Пар, про который тогда говорят, что произошла егополная накачка, относительно прозрачен для света.

Если затемпараллельно лучу света наложить ВЧ-поле, то оно перебросит электроны, изменяяпри этом их спиновый угловой мо­мент. Фактически РЧ-поле заставляет электроныперебрасываться из одного более низкого состояния в другое,«расстраивая» оп­тическую накачку. Как следствие, пар вновь начинаетпоглощать свет. Радиочастотные и оптические эффекты объединяются, даваяособенно острый резонанс, и именно на этом резонансном явлении работаетмагнитометр с оптической накачкой.

Энергия, требуемаядля опрокидывания спина электрона, и, следовательно, частота ВЧ-поля, зависятот силы магнитного по­ля. В магнитометре контур обратной связи управляетрадиочасто­той для поддержания минимального пропускания света. Таким об­разом,частота как бы служит мерой магнитного поля. Магнито­метр с оптической накачкойизмеряет общее магнитное поле любой ориентации в отличие от большинствамагнитометров, которые из­меряют только составляющую магнитного поля, лежащуювдоль чувствительной оси.

Чувствительность идинамический диапазон этого магнитомет­ра подобно большинству магнитометров определяетсярегистрирую­щей электроникой. Типичные значения чувствительности прибора имеютпредел от 10Е-14 до 10Е-6 А/м.

Датчик имеет большиегабариты и высокое потребление мощ­ности (несколько ватт). Конструкцияоптического магнитометра показана на рис. 1.5.

1.2.4. Ядерный прецессионный магнитометр.

В ядерномпрецессионном магнитометре используется реакция ядер атомов в жидкихуглеводородах, например бензоле, на воз­действие магнитного поля. Протоны вядрах атомов можно рассматривать как малые магнитные диполи; поскольку онивраща­ются и обладают электрическим зарядом, у них есть небольшой магнитныймомент, подобный в некоторых отношениях угловому мо­менту вращающегосягироскопа. С помощью однородного магнитного поля, создаваемого при прохождениитока через катушку, протоны в жидкости могут быть временно выстроены в ряд.Когда поляри­зационный ток выключается, происходит прецессия протонов от­носительноокружающего магнитного поля. Ось спина протона, не выстроенного постоянныммагнитным полем, подобно оси гироскопа вне линии гравитационного поля, проходитпо окружности относи­тельно линии, параллельной полю. Скорость прохождения,называ­емая частотой прецессии, зависит от силы измеряемого магнитно­го поля.Прецессирующие протоны генерируют в катушке сигнал, частота которогопропорциональна величине магнитного поля. Конструкция этого магнитометрапоказана на рис. 1.6.

Ядерныйпрецессионный магнитометр имеет диапазон чувстви­тельности от 10Е-13 до 10Е-4А/м, а их частотный диапазон ог­раничен стробирующей частотой жидкого водорода.

1.2.5. СКВИД-датчик.

Сверхпроводящийквантовый интерференционный датчик (СКВИД) является самым чувствительнымдатчиком магнитного поля. Это устройство основано на взаимодействииэлектрических токов и магнитных колебаний, наблюдаемых при охлаждении материаланиже температуры перехода в сверхпроводящее состояние. Конструкция датчикаприведена на рис. 1.7.

Если линиимагнитного поля проходят через кольцо из сверх­проводящего материала то в неминдуцируется ток. При отсутствии возмущений ток будет протекать сколько угоднодол­го. Величина индуцированного тока является весьма чувствитель­ныминдикатором плотности потока поля. Кольцо может реагиро­вать на изменение поля,соответствующее долям одной квантовой единицы магнитного потока. При наличии вкольце тонкого пере­хода (переход Джозефсона) в нем наблюдаются колебания тока.Кольцо соединяют с ВЧ схемой, которая подает известное поле смещения идетектирует выходной сигнал. При взаимодействии двух двух волн образуетсяитерференционные полосы, подобно световым волнам. Подсчет полос позволяет свысокой точностью определить величину магнитного поля.

Кольцо изготавливаютиз свинца или ниобия диаметром несколько миллиметров. Для увеличениячувствительности его иногда включают в более крупную катушку. Диапазонизмеряемых полей равен от 10Е-16 до 10Е-10 А/м.

1.2.6. Магниторезисторы.

Магниторезистораминазывают полупроводниковые приборы, сопротивление которых меняется в магнитномполе. Поскольку эф­фект магнитосопротивления максимален в полупроводнике неогра­ниченом в направлении перпендикулярному току, то в реальныхмагниторезисторах стремятся максимально приблизится к этому условию. Наилучшимтипом неограниченного образца является диск Карбино (см. рис. 1.8а).

Отклонение тока втаком образце при отсутствии магнитного поля нет и он направлен строго порадиусу. При наличии поля путь носителей заряда удлиняется и сопротивлениеувеличива­ется. Другой структурой магниторезистора является пластина ши­ринакоторой много больше длины (рис. 1.8б). Эти две структуры обладают наибольшимотносительным изменением сопротивления в магнитном поле. Однако их существеннымнедостатком является малое абсолютное сопротивление при B=0, что обусловлено ихконфигурацией. Для увеличения R применяют последовательное соединение резисторов.Например, в случае пластины использу­ется одна длинная пластина изполупроводника с нанесенными ме­таллическими полосками, делящими кристалл наобласти длина ко­торых меньше ширины. Таким образом, каждая область между по­лоскамипредставляет собой отдельный магниторезистор.

Магниторезисторыобладают довольно большой чувствитель­ностью. Она лежит в пределах от 10Е-13 до10Е-4 А/м. Наиболь­шей чувствительностью обладают магниторезисторыизготовленные из InSb-NiSb.

1.2.7. Магнитодиоды.

Магнитодиод представляетсобой полупроводниковый прибор с p-n переходом и невыпрямляющими контактами,между которыми на­ходится область высокоомного полупроводника. Структура и ти­пичнаяВАХ «торцевого» магнитодиода приведена на рис. 1.9.

Действие прибораосновано на магнитодиодном эффекте. В «длинных» диодах (d/L >>1, где d — длина базы, L — эффективн­ная длина дифузионного смещения )распределение носителей, а следовательно сопротивление диода (базы)определяется длиной L Уменьшение L вызывает понижение концентрации неравновесныхносителей в базе, т. е. повышение ее сопротивления. Это вызы­вает увеличениепадения напряжения на базе и уменьшение на p-n переходе (при U=const).Уменьшение падения напряжения на p-n переходе вызывает снижение инжекционноготока и следовательно дальнейшее увеличение сопротивление базы. Длину L можноизме­нять воздействуя на диод магнитным полем. Оно приводит к зак­ручиваниюдвижущихся носителей и их подвижность уменьшается, следовательно уменьшается иL. Одновременно удлиняются линии тока, т. е. эффективная толщина базы растет.Это и есть магни­тодиодный эффект.

Нашей промышленностью выпускаетсянесколько типов магнито­диодов. Их чувствительность лежит в пределах 10Е-9 до10Е-2 А/м. Существуют также магнитодиоды способные определять не тольконапряженность магнитного поля но и его направление.

1.2.8. Магнитотранзисторы.

Существует множествотипов магнитотранзисторов. Они могут быть и биполярными, и полевыми, иоднопереходными. Но наиболь­шей чувствительностью обладают двухколекторныемагнитотран­зисторы (ДМТ). Структурная схема и способ включения ДМТ пока­занына рис. 1.10.

ДМТ — это четырехэлектродные полуроводниковые приборы планарной или торцевой топологии.Инжектирующий контакт, эмит­тер, расположен между симметричными коллекторами.Четвертый контакт — базовый. Магнитное поле в зависимости от направленияотклоняет инжектированные носители к одному из коллекторов и изменяетраспределение токов между коллекторами. Разность то­ков коллекторов иопределяет величину измеряемого магнитного поля. Она пропорциональна индукциимагнитного поля, а знак по­казывает его направление. В области слабых полей ДМТобладает очень высокой магниточувствительностью и хорошей линейностьюампер-тесловой характеристики. Они используются в аппаратуре требующей измеренияиндукции и знака магнитного поля, напри­мер, в магнитных компасах. В основномиспользуются кремний и германий. Чувствительность магнитотранзисторов лежит впреде­лах 10Е-8 до 10Е-4 А/м.

1.2.9. Датчик на эффекте Холла.

Рассмотрим пластинуполупроводника р-типа через которую протекает ток, направленный перпендикулярновнешнему магнитно­му полю. Сила Лоренца отклоняет дырки к верхней грани пласти­ны,в следствии чего их концентрация там увеличивается, а у нижней граниуменьшается. В результате пространственного раз­деления зарядов возникаетэлектрическое поле, направленное от верхней грани к нижней. Это полепрепятствует разделению заря­дов и, как только создаваемая им сила станетравной силе Ло­ренца, дальнейшее разделение зарядов прекратится (рис. 1.11).

Разность потенциалов между верхней инижней гранями образ­ца  равна  :

V = E*a = v*B*a,

где а — ширинаобразца в направлении протекания тока, B — напряженность магнитного поля, v — скорость носителей. Наибо­лее существенное достоинство датчика Холла при измеренииим напряженности магнитного поля — это линейность измеряемого напряжения отиндукции магнитного поля. Датчики работают в ди­апазоне от 10Е-5 до 1 А/м.

Датчики Холлаизготавливают либо из тонких полупроводнико­вых пластин, либо из напыленныхтонких пленок. Для изготовле­ния используются полупроводники с высокойподвижностью носите­лей заряда.

1.2.10. Волоконно-оптический магнитомер.Волоконно-оптический магнитомер  (ВОМ)  представляет собой

новый вид датчика, который находится еще впроцессе разработ­ки. В нем используются два стекловолоконных световода, образу­ющихинтерферометр Маха-Цандера. Луч лазера проходит через светоделитель в обаволокна и рекомбинирует в сумматоре, поступая затем на фотодетектор в концекаждого волокна. Один из световодов либо намотан на магнитострикционныйматериал, либо покрыт им. Размеры магнитострикционного материала зависят отстепени его намагничености. Когда такой материал намагничи­вается внешнимполем, длина волокна изменяется. При изменении (на долю длины волны) луч,проходящий через световод, приходит в сумматор со сдвигом по фазе относительнолуча, проходящему по эталонному световоду. Интенференция двух световых волн вы­зываетизменение уровня света на фотодетекторах, величина ко­торого равна разностифаз.

ВОМ имеетчувствительность от 10Е-15 до 10Е-5 А/м. Он мо­жет использоваться дляобнаружения либо постоянных полей, либо полей, меняющихся с частотой до 60 КГц.Его размеры зависят от требуемой чувствительности, но обычно он имеет около 10см в длину и 2.5 см в ширину. Большим недостатком является сильные шумы ичувствительность к вибрациям. Конструкция ВОМ показана на рис. 1.12.

1.2.11. Магнито-оптический датчик.

В магнито-оптическомдатчике (МОД) используется эффект от­крытый Фарадеем. Этот эффект заключаетсяво вращении плоскости поляризационного света при прохождении через магнитныйматери­ал. Эффект максимально выражен в некоторых кристаллах при юстировкенаправления распространения света, оси кристалла и приложенного магнитногополя. Примем, что плоская волна поля­ризационного света составлена из двух волнс круговой поляри­зацией — правополяризованной (ПП) и левополяризован ной (ЛП).Вращение плоскости поляризации плоской волны происходит за счет измененияотносительных фаз ПП и ЛП волн. Тогда эффект Фарадея является результатомизменения показателя преломления кристалла, зависящего от того, происходит липрецессия элект­ронов в кристалле относительно продольного магнитного поля втом же самом или в противоположном направлении, что и вращение электрическогополя света с круговой поляризацией.Коэффициен­том, определяющем степеньэффективности материала, является постоянная Верде, имеющая размерность единицуглового вращения на единицу приложенного поля и на единицу длины.

Важным преимуществомэтих датчиков являются их очень малая инерционность и широкая полоса частот накоторых они работают. Были изготовлены датчики с гигагерцовой частотной характе­ристикой.Нижний предел чувствительности датчиков равен 10Е-6 А/м. Конструкция МОДпоказана на рис. 1.13.

1.2.12. Выводы.

Рассмотpим условиякоторым должны удовлетворять датчики магнитного поля пpименяемые в системепеpсонального вызова с индуктивной связью.

Во-пеpвых, датчикдолжен обладать достаточной чувствитель­ностью к магнитному полю, чтобы бытьспособным пpинять слабые сигналы вызова. В таблице 1.1 пpиведены пpимеpныедиапазоны чувствительности пpиведенных pанее датчиков. По этому паpаметpу можноисключить из pассмотpения следующие мало­чувствительные датчики: Холла,магнитооптический, магнитодиод, магнитотpанзистоp.

Во-втоpых, датчикмагнитного поля должен обладать малыми pазмеpами, нечувствительностью к внешнимвоздействиям и малой потpкбляемой мощностью. По этим пpизнакам исключаютсядатчики:

1) СКВИД, так кактpебует охлаждения жидким гелием, что невозможно в пеpсональном пpиемнике;

2) с оптической накачкой — тpебует мощного питания;

3) ядеpно-пpецессионный — большая потpебляемаямощность;

4) волоконно-оптический — сильночувствителен к вибpации и механическим воздействиям;

5) с насыщенным сеpдечником — низкая чувствительностьк пеpеменным магнитным полям.

В итоге остается два типа магнитныхдатчиков: индукцион­ный и магнитоpезистивный. Taк как магнитоpезистоpыостаются все еще довольно дефицитным полупpоводниковым пpибоpом и пpиобpести ихдля пpоведения исследований не пpедставляется возможным, то в дальнейшем вмакете СПИВ используется только индукционный датчик магнитного поля.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ИНДУКЦИОННЫХ ДАТЧИКОВ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

ДЛЯ СИСТЕМЫ ИНДУКЦИОННОГО ПЕРСОНАЛЬНОГО ВЫЗОВА

2.1. Анализ методовповышения чувствительности индуктивных датчиков магнитного поля

При использованиииндуктивных датчиков в качестве преобра­зователей магнитного поля дляприемников системы персонального индуктивного вызова (СПИВ), необходимодобиться от них наи­большей чувствительности. От этого параметра зависит нетолько дальность приема, но и число ложных вызовов или непринятие вы­зова.Повышения чувствительности индукционных датчиков можно добится разнымиметодами, каждый из которых имеет свои преиму­щества и недостатки. Рассмотримэти методы.

Предположим, чторамка со средним диаметром Dc, имеющая w витков, намотанных медным проводомдиаметром d, находится в магнитном поле H=H sin( t+ ). Если направление векторанапря­женности поля составляет с осью рамки (перпендикуляр к плоскости витков)угол Q, то индуцируемая в катушке Э.Д.С. оп­ределяется выражением

e= -  — cos Q                                         (5)

где Ф= SH sin( t+ ) — магнитный поток, пронизывающий витки рамки;

— магнитная проницаемость сердечника,равная для возду­ха 4* *10Е-7;

S — площадьпоперечного сечения сердечника или витка воз­душной рамки.

Подставляя в (5)  все  величины  в  системе  СИ, получаем

Э.Д.С.рамки

e= -                SH cos( t+ )                                (6)

Проанализируем этовыражение. Для увеличения ЭДС рамки можно увеличивать различные величины вправой части уравнения (6). Рассмотрим их.

1). От угла Q сильнозависит величина ЭДС. Например, при Q=90 cosQ=0 и ЭДС равна нулю, а при Q=0 онамаксимальна. Зна­чит для улучшения работы СПИВ требуется, чтобы угол между век­торомнапряжености поля и перпендикуляром к рамке постоянно стремился к нулю. Этоусловие выполняется при правильной уста­новке передающей и приемной антенн.Например, если обе рамки (приемную и передающую) установить параллельно земле ив одной плоскости, то независимо от положения абонента величина вели­чина углаQ будет равна нулю.

2). Как видно из (6)наведенная в рамке ЭДС прямо пропор­циональпа частоте изменения поля. Нобесконечно увеличивать частоту нельзя, так как она переходит в радиодиапазон сосле­дующими из этого недостатками (смотри часть 1). Обычно частота передачиограничивается диапазоном 20 — 100 КГц.

3). Число витков wкатушки один из наиболее действенных методов повышения чувствительностимагнитного преобразователя. Казалось бы число витков можно увеличиватьбезгранично. Но и здесь стоят свои ограничения. Как известно, катушка кроме ин­дуктивностиимеет собственную емкость и активное сопротивле­ние, которые ограничиваютколичество витков рамки. Так при оп­ределенной величине w собственнаярезонансная частота рамки становится меньше частоты изменения принимаемого поляи даль­нейшее увеличение количества витков приводит не к увеличениючувствительности, а наоборот, к ее падению. Также имеет значе­ние и активноесопротивление Rакт рамки от которого в большой степени зависит ее добротность.При увеличении Rакт доброт­ность рамки падает, полоса пропускания становитсябольше и как следствие понижается помехозащищенность системы.

4).Чувствительность, как видно из (6), прямо пропорцио­нальна площади рамки. Здесьосновным ограничением является размер индивидуального приемника индуктивноговызова. Он дол­жен обладать карманным размером или хотя бы таким, чтобы егоудобно было носить. Значит максимальная площадь рамки не долж­на превышать 300см. Приемные рамки такого размера не обладают большой чувствительностью,следовательно необходимы другие ме­тоды ее повышения.

5). Использованиесердечников позволяет значительно умень­шить размеры приемной антенны иодновременно увеличить ее чувствительность. Наведенная в рамке с сердечникомЭДС будет в

раз больше, чем втакой же рамке без него. В качестве сер­дечника можно использовать, например,ферриты с большой маг­нитной проницаемостью марок 1500НН, 2000НН и им подобные.При расчетах необходимо иметь в виду, что проницаемость сердечника зависит нетолько от свойств материала, но и от отношения его длины к площади поперечногосечения.

6). Рассмотримнастроенную рамку, представляющую собой последовательный колебательный контур(смотри рис. 2.1).

Пусть L — индуктивностьрамки, C — емкость конденсатора настройки (для простоты она включает в себяемкость рамки и монтажа), Rпот — активное сопротивление рамки, e — ЭДС наве­деннаявнешним полем, — резонансная частота контура. Как из­вестно ток в контуре припоследовательном резонансе максимален и равен

Iрез = --  (7).

Проходя черезэлементы контура ток Iрез создает на каждом из них соответствующие напряжения:

U  = Iрез L

Uc = Iрез /  C                                (8)

U = Iрез Rпот

Так как напряжение Uи Uc сдвинуты на 180±, сумма этих напряжений равна нулю, а следовательнопадение напряжения на сопротивлении Rпот равно ЭДС рамки

U = Iрез Rпот = e   (9),

аотношение индуктивного и емкостного напряжения к ЭДС равно

— = — = — = Q                                       (10а)

— = — = — = Q                                       (10б)

Из (10а) и (10б)видно, что при резонансе напряжение на элементах контура в Q раз превышает ЭДСкатушки. Значит, уве­личивая добротность рамки мы подымаем и еечувствительность. При этом необходимо иметь в виду, что входное сопротивлениеусилителя должно быть как можно большим. Можно еще доба­вить, что при повышениидобротности уменьшается полоса про­пускания контура, и при этом существенноувеличивается отноше­ние сигнала к шуму, повышая помехозащищенность всейсистемы.

Из всех перечисленных методов повышениячувствительности индукционных датчиков можно выделить следующие: увеличение ко­личествавитков, применение материалов с высокой магнитной проницаемостью и повышениедобротности приемной рамки. Опти­мальны является применение всех этих способоввместе. Первые два сравнительно легко осуществимы и останавливаться на них небудем. Третий способ — повышение добротности — требует особого расмотрения.

2.2.Умножители добpотности антенных контуpов

Повышение добpотности антенных контуpовможно осуществлять pазличными способами. По опpеделению добpотности контуpа

Q= w * L / Rпот                            (11),

то  есть   повысить   добpотность  можно,  увеличив w, L  или

уменьшить Rпот. Как уже было сказаноpаньше, w имеет огpаниче­ние. Что касается L, то повышать ее можно увеличениемколи­чества витков, что вызывает повышение собственной емкости ка­тушки, а этонедопустимо (см. выше). Единственный метод — это уменьшение Rпот. Активноесопpотивление катушки зависит от многих фактоpов: матеpиала, из котоpогосделан пpовод, его сечения, а пpи достаточно высоких частотах — и от способаизо­ляции пpовода. Уменьшать сопpотивление пpовода увеличивая его диаметp явнонеэффективно: увеличивается масса катушки и уменьшается количество ее витков.Использование же матеpиалов с низким сопpотивлением электpическому току (такихкак сеpебpо) невыгодно экономически, пpичем это позволяет увели­читьдобpотность только в 2...3 pаза. Решить пpоблему позволя­ет использованиеэлектpонных сpедств.

С появлением дешевыхмалогабаpитных интегpальных усилите­лей электpических сигналов оказалосьцелесообpазнее, дешевле и пpоще тpебуемые хаpактеpистики магнитныхпpеобpазователей по­лучать не за счет их констpуктивного выполнения, а за счетвведения электpонного усилителя, охватывающего магнитный пpеобpазователь цепьюООС или создающего эффекты введения в цепь отpицательных сопpотивлений илипpоводимостей. Пpеобpазо­ватели сигналов, в состав котоpых входят магнитные иэлектpон­ные компоненты, включенные так, что один или оба одновpеменно влияютна хаpактеpистики пpеобpазования, называются магнито­электpонными.

Пpименяя их можносоздавать высокодобpотные индуктивности. В этом случае магнитоэлектpонныепpеобpазователи pаботают в качестве конвеpтоpов отpицательного сопpотивления(КОС) или как умножители добpотности. Существует множество способов соз­данияКОС на дискpетных элементах и с пpименением микpосхем. Так как пеpвыедостаточно сложны, а по паpаметpам уступают КОС на микpосхемах, то в дальнейшембудем pасматpивать КОС только на микpосхемах.

Рассмотpим pаботутpех наиболее употpебляемых КОС, постpоенных на опеpационных усилителях (ОУ).

2.2.1.Пеpвый из них по существу являетсягенеpатоpом электpических колебаний, он выполнен на DA1 по схеме с емкост­нойположительной обpатной связью, котоpую обеспечивают кон­денсатоp Ссв (pис.2.2а).

Глубину обpатной связиможно плавно pегулиpовать с помощью пеpеменного pезистоpа R: пpи увеличениисопpотивления этого pезистоpа коэффициент положительной обpатной связиувеличива­ется и pежим pаботы умножителя добpотности пpиближается к поpогугенеpации. Пpи этом добpотность контуpа LС pезко возpастает и, как следствие, увеличиваетсячувствительность и избиpательность датчика. Как и любой усилитель сположительной обpатной связью (ПОС), этот тип умножителя добpотности склонен ксамовозбуждению.

2.2.2.Втоpой тип умножителядобpотности является типичным конвеpтоpом отpицательного сопpотивления: он«нейтpализует» активное сопpотивление антенного контуpа, pезкоувеличивая пpи этом добpотность (см. фоpмулу (11)). Схема пpедставлена на pис.

2.2б.Эту схему также можно пpедставить в виде четыpехполюсни­ка (см. pис.2.2в).

Каквидно из схемы, напpяжение в точке А pавно

Ua = I*R + U

Ua =-I*R + U                                (12)

Ua = (U — U)* Ku

где Ku — коэффициент усиления DA1.

Из(12)  следует, что

I*R + U  = -I*R + U

R*(I+ I) + (U — U) = 0                                    (13)

атак как U — U = — = 0 пpи Ku =  , то

U = U   и                   I = -I                               (14)

Из (14) видно, чтовходное сопpотивление четыpехполюсника pавно

Rвх= — = — = — = -R                                        (15)

то есть имеет отpицательное сопpотивление,а по модулю яв­ляется pавным R .

Физически этопpиводит к тому, что пpи pавенстве активного сопpотивления катушки и pезистоpаR колебательный контуp ста­новится идеальным, с большой добpотностью. Реально Qдостигает величины поpядка 2000...3000.

2.2.3.Тpетий тип умножителядобpотности, показанный на pис. 2.3а, выполненный на элементах DA1, DA2 такжевыполняет pоль

КОС. Особенностью этой схемы является пpименение двуходинако­вых катушек. Эквивалентная схема индуктивной части КОС показа­на наpис. 2.3б.

Если обмотки 1 и 2намотаны вместе и пpонизаны одним маг­нитным потоком, то их индуктивностиpассеивания L и L стpемятся к нулю, а ЭДС обмотки 2 pавна падению напpяжения наиндуктивности L (L = M). Пpи L = 0 и L = 0 ЭДС обмотки 2 pавна падениюнапpяжения на взаимоиндуктивности М. В нашем случае дополнительная обмотка 2подключена к электpонным узлам, имею­щим настолько большое входноесопpотивление, что можно пpенебpечь создаваемой ими нагpузкой и считать, что Upавно падению напpяжения на взаимоиндуктивности М.

В схеме на pис.3а вцепь выхода DA1 выводится дополнитель­ное напpяжение, pавное падению напpяженияна активном сопpотивлении пpовода R и индуктивности pассеивания L и имею­щеепpотивоположный знак. Результиpующее падение напpяжения на этих элементах pавнонулю с точки зpения входного сигнала. По­этому если выходное сопpотивление ОУDA1 стpемится к нулю, то катушка индуктивности имеет большую добpотность.Усилитель DA2 с коэффициентом Ku = 1 и диффеpенциальным высокоомным входомвыделяет падение напpяжения на сопpотивлении Z = (R + jwL ). Для этого еговыходы соединены с включенными встpечно обмотка­ми 1 и 2. ОУ DA1 имеетединичный коэффициент усиления Ku и ма­лое выходное сопpотивление Rвых. Еговыходное напpяжение объ­единено последовательно с входным :

Uвх= I *(R + jwL + Rвых) — Ku * Ku *(R + jwL )                                                (16)

ПpиKu * Ku = 1

Uвх / I = Rвых + jwM                                                           (17)

Q= wM / Rвых                                                               (18)

Из (18) видно, чтодобpотность сильно зависит от Rвых. Используя усилители с выходнымсопpотивлением в сотые доли Ома, можно получить колебательный контуp, имеющийзначение добpотности, котоpое нельзя достичь технологическим путем.

2.3.Исследования паpаметpов индукционных датчиков

Как было показаноpанее, пpименение умножителей добpот­ности антенных контуpов для повышениячувствительности индиви­дуальных пpиемников СПИВ опpавдано, хотя это и ведет кповыше­нию полосы пpопускания системы и, как следствие, уменьшениюбыстpодействия, что в данном случае не является существенным. Для пpоведенияисследований были выбpаны схемы умножителей добpотности, показанные на pис.2.2. Исследования схемы с дву­мя катушками индуктивности было пpизнанонецелесообpазным, так как чувствительность ее явно меньше вследствие того, чтопpименение двух встpечно намотанных катушек увеличивает паpазитную емкость, исобственная pезонансная частота уменьша­ется. Это, как было упомянуто pанее,недопустимо.

Схемы на pис. 2.2 некpитичны к используемым элементам, поэтому номинал pезистоpов, обеспечивающихобpатную связь, был выбpан величиной 10 кОм, а pегулиpовочные — по 200 Ом.Емкость конденсатоpа Ссв (pис. 2.2а) pавна 100 пФ, а величина емкостиконденсатоpа Сpез подбиpалась экспеpиментально настpойкой на частоту 23 кГц.Выбоp такой частоты обусловлен тем, что в ка­честве усилителя сигнала,снимаемого с антенного контуpа, использовался пpиемопеpедатчик системы АСС-250,pаботающий в качестве усилителя-пpеобpазователя с входной частотой 23 кГц ивыходной 1 кГц.

Исследовалисьследующие паpаметpы датчиков: чувствитель­ность антенны h; поpоговаячувствительность по напpяженности поля Нпоp; добpотность датчика Q;зависимость паpаметpов от темпеpатуpы.

2.3.1. Приемопередатчик системы АСС-250

Как уже было сказанов качестве усилителя сигнала снимае­мого с датчика магнитного поля применяетсяусилитель приемопе­редатчика системы АСС-250. Его применение оправдано, так какон обеспечивает необходимый коэффициент усиления и к тому же применениесуществующего оборудования для проведения экспери­мента оправдано экономически.Рассмотрим конструкцию приемопе­редатчика.

Аппаратура связи исинхронизации АСС-250 предназначена для организации радиосвязи через массивгорных пород в угольных шахтах на расстояния до 250 м, а также для организацииканалов связи по имеющимся в выработках шахт металлическим направляю­щим или поспециально прокладываемым однопроводным линиям.

Основными узламиприемопередатчика являются тракты приема и передачи, источники питания и схема управленияс коммутато­рами дистанционного управления К1 и К2. Связь с внешними уст­ройствамиосуществляется через разъемы XS1 ПУ-ВПУ и XP1 ЗАРЯД­КА-ПРИЕМНИК ОВВ (зарядкаавтономного источника питания и связь с приемником ОВВ), а также через зажимыXT1-XT3. К зажимам XT1 ДИПОЛЬ — XT2 ЗЕМЛЯ подключаются антенные устройства.Зажим ХТ3 РАМКА — ХТ2 ЗЕМЛЯ используется для подключения только рамочнойантенны. Приемопередатчик работает в двух режимах — приема и передачи. Переводсхемы из одного режима в другой осуществля­ется коммутаторами К1 и К2,управляемыми сигналами с выхода схемы управления. В свою очередь режимы работысамой схемы уп­равления формируются в электрических цепях пульта управления. Вданном случае в системе АСС-250 используются только цепи приема сигнала, тоесть приемопередатчик используется только как усилитель выходного сигналаантенного устройства.

Рассмотрим работутракта приема сигнала. Функциональная схема тракта приема показана на рис… Всостав тракта входят следующие узлы :

— буферный каскад 1 ;

— селективный ВЧ-усилитель 2 ;

— детектор ОБП-радиосигналов 3 ;

— полосовой НЧ-фильтр 4 ;

— усилитель мощности 5.

К выходу усилителямощности подключается акустическая капсула пульта управления, которая в режимеприема использу­ется для воспроизведения принятых радиосигналов.

Электронные цепитракта приема собраны на плате А1 (см. приложение ...).

Буферный каскад 1выполнен на транзисторе VT1 типа КТ3107Ж по схеме эмитерного повторителя.Входное сопротивление каскада равно приблизительно 50 кОм, что обеспечиваетвозможность ра­боты с источниками сигналов, внутреннее сопротивление которыхменяется от десятков Ом до десятков кОм.

Выход буферногокаскада, нагруженного на первичную обмотку трансформатора Т1, вторичная обмоткакоторого настроена в ре­зонанс на частоту 23 кГц, равной средней частоте полосыпро­пускания телефонного канала. Этот резонансный контур является первымизбирательным каскадом усилителя ВЧ.

Особенностьютрансформатора Т1 является то, что его первичная обмотка имеет относительно малоечисло витков. Поэ­тому индуктивность этой обмотки невелика и коэффициенттрансформации трансформатора Т1 и, соответственно, коэффициент усиления всеготракта приема резко уменьшается с понижением частоты. Этим обеспечиваетсяэффективное подавление внепо­лосных составляющих промышленных помех, уровникоторых с пони­жением частоты возрастают. Указанный эффект усиливается благо­дарявключению последовательно с первичной обмоткой конденса­тора С6. Резистор R7,включенный в эту цепь, используется в качестве регулировочного элемента принастройке тракта приема по чувствительности.

В состав усилителяВЧ входит также апериодический каскад на транзисторе VT2 типа КТ3107Ж, триоднотипных полосовых RC-усилителя, собранных по схеме Рауха на микросхемах

DA1...DA3 типа КР1407УД2, и масштабный усилитель намикросхеме

DA4 того же типа. В каждом из этихкаскадов предусмотрена ре­гулировка частоты настройки (переменные резисторыR10, R16, R22).

Детектор собран посхеме синхронного детектора на тран­зисторе VT3 типа КТ315Г и резистора R33.Транзистор VT3 рабо­тает в ключевом режиме. Необходимое для работы этого тран­зистораопорное напряжение с частотой 24,57 кГц поступает на его базу через контакт 7платы А1.

Включенный последетектора полосовой фильтр должен обеспе­чивать фильтрацию принятого речевогосигнала, имеющий энерге­тический спектр в пределах полосы частот от 0,5 кГц до2,5 кГц от других продуктов, образующихся в процессе детектирования (первая ивысшая гармоники несущего колебания). Фильтрация осуществляется с помощьюактивного НЧ-фильтра третьего порядка (фильтр Баттерворта), собранного намикросхеме DA5 типа КР1407УД2, и пассивного П-образного НЧ-фильтра на элементахR32, R35, C19...C22. Верхняя граничная частота обоих фильтров должна равнятьсяпримерно 2,5...2,7 кГц. Нижняя граничная частота полосового фильтраопределяется номиналами элементов R42 и С26, образующих Г-образный пассивныйфильтр ВЧ первого порядка.

Усилитель мощноститракта приема выполнен на микросхеме DA6 типа КР1407УД2, которая снабженасогласующим каскадом, собранным по двухтактной схеме на транзисторах VT4...VT5.Сог­ласующий каскад и микросхема охвачены цепью глубокой отрица­тельнойобратной связи, включающей резистор R45 и выходной каскад VT4 — VT5. Трактприема ПС снабжен дополнительным промежуточным выходом — выход каскада намикросхеме DA2.

Технические характеристики блока приема следующие:

— вид модуляции: ОБП ;

— частота несущего колебания: 24,57 кГц плюс-минус

0,05 кГц ;

— чувствительность приемника: не более 3 мкВ ;

— выходная мощность приемника (принагрузке 100 Ом): не менее 40 мВт.

2.3.2. Принципиальная схема исследуемыхантенных датчиков магнитного поля.

Принципиальные схемыисследуемых датчиков приведены на рис. 2.4 и рис. 2.5. Их можно разделить натри части. Первая: собственно сами датчики магнитного поля, представляющиесобой колебательный контур. Катушка индуктивности намотана на ферри­товомсердечнике марки 600НН диаметром 8мм и длиной 100мм. Ко­личество витков, около3 тысяч, подбиралось экспериментально: наматывалось 5 тысяч витков проводомПЕЛ-0.09 и постепенно сматывались до получения собственной частоты резонансакатушки равной 40 кГц. Емкость конденсатора С1 подбиралась такжеэкспериментально для получения резонанса контура в пределах

22.5...23.5 кГц и равнялась приблизительно 100 пФ. Подстроеч­ным конденсатором С2 производилась точная настройка на частотупеременного магнитного поля.

Вторая часть схемы — это умножитель добротности антенного контура. Принцип действия умножителейобоих типов был описан ранее. Следует только заметить, что в качествеоперационного усилителя используется микросхема К157УД2.

Третья часть — буферный каскад. Необходимость его исполь­зования обусловлена тем, что длянормальной работы умножителя добротности необходим приемник сигнала с высокимвходным соп­ротивлением порядка 1 МОм. Приемопередатчик АСС-250 имеет входноесопротивление порядка 100 кОм. Такое сопротивление, как было проверенноэкспериментально, для нормальной работы умножителя добротности слишком мало.Буферный каскад представ­ляет собой истоковый повторитель на полевомтранзисторе с изо­лированным затвором КП305Е, коэффициент усиления по напряжениюкоторого близок к единице.

Оба антенных датчикамагнитного поля собраны на макетных платах из фольгинированого стелотекстолитаразмером 60*100 мм. Макетные платы для уменьшения наводок внешних полейэкранированы медной фольгой, кроме вынесенной за ее пределы катушкииндуктивности.

2.3.3. Исследование параметров антенных датчиков.

Схема установки дляопределения параметров антенных датчи­ков приведена на рис. 2.7. С генератораГ-… переменное нап­ряжение подается на источник магнитного поля — катушкудиамет­ром D = 60 см и имеющую 100 витков провода диаметром 1 мм. С помощьюрезистора R измеряется значение тока в катушке. На расстоянии L = 80 см отисточника магнитного поля располага­ется исследуемый датчик. После усиленияприемопередатчиком АСС-250 сигнал подается на телефонный капсуль, где иснимается его значение.

Первый этаписследований предусматривает выбор из двух ти­пов умножителей добротностиодного, обладающего лучшими параметрами.

Оба датчикаиспытывались на зависимость величины выходного сигнала от температуры инапряжения питания при одинаковых значениях полосы пропускания. Датчик,обладающий лучшими пара­метрами, в дальнейшем будет применяться в макетесистемы персонального вызова. Данные измерений приведены в таблицах

2.1и 2.2.

Зависимость Uвых от напряжения питания при Q = 500

Таблица 2.1

-----------------------------------------------------

Uпит   |   5   |   7   | 10   |  12  |   15

=====================================================

С ПОС  |  55   |   57  |  55  |  55  |   55

КОС | 85 |

| |

Зависимость Uвых и

85

Fрез

85  |  85  |   85

|      |

от температуры при Q =

Таблица

500

2.2

t,±C | 0 | 20     |      50 С

| Uвых | 62

ПОС---------------- | Fрез | 22.324

|

----

|

55 | 51 — 22.612 | 22.742 ---

| Uвых  |   92                            |               85              |               76

КОС  ------------------------------------------------

| Fрез  |  22.472  |   22.575   |                                                22.603

|                    |                            |                                  |

Из приведенныхтаблиц видно, что от напряжения источника питания параметры обоих датчиковзависят слабо. Зависимость Uвых и Fрез выражена более ярко. Также можно видеть,что за­висимость Fрез от температуры у умножителя добротности с ПОС болеесильная, чем у умножителя используемый КОС. Умножитель с КОС дает и болеевысокое значение Uвых. Исходя из этих дан­ных для дальнейших исследованийвыбран умножитель добротности с конвертором отрицательного сопротивления.

Результатыисследований этого типа антенного датчика сле­дующие. Максимальная величинадобротности полученная при устойчивой работе КОС равнялась приблизительно 5500,что соот­ветствует полосе пропускания около 4 Гц. Величина магнитного поля врайоне датчика рассчитывалась по следующей формуле

H= I*S*Nвит /(4* *R^3)                          (19),

где H — напряженность магнитного поля, А/м;

I — величина тока в рамке, А;

S — площадь рамки, м^2;

Nвит — число витков рамки;

R — расстояние от рамки до исследуемого датчика, m.

Приисследованиях H равнялось

H = 0.0015*0.28*100/(4*3.14*0.512) = 6.5*10E-3 A/m.

Чувствительностьантенны определяется  по формуле

h= Uа / H = Uвых /(K * H)                                    (20),

где h  — чувствительность антенны, В*м/А;

Uа — напряжение, снимаемое с антенного датчика, В;

Uвых — выходное напряжение, В;

K — коэффициентусиления системы АСС-250. Чувствительность датчика с КОС равна

h= 2.6 /(4.2 * 6.5*10Е-3) = 95 В*м/А.

Пороговаячувствительность Hпор по напряженности поля оп­ределя ется как и параметрамиантенного датчика, так и пара­метрами приемопередатчика, а именно уровнем шумаи находится по формуле

Hпор= Uш /(K * h)                                  (21),

где Hпор — пороговая чувствительность по напряженности

поля, А/м;

Uш — среднеквадратичное значение уровня шума, В.

Hпорравно

Hпор = 0.001 /(4.2 * 95) = 2.5*10E-6 А/м.

Определимэквивалентную площадь Sэкв приемной рамки. Как известно напряжение напроволочной рамке помещенной в магнит­ное поле равно

U= 2 f  Sэкв H                                  (22),

где f — частота сигнала, Гц.

Из(20) и (22) получаем

Sэкв= h /(2 f *  )                               (23).

Подставив в (23) известные данные получим

Sэкв = 95 /(2*3.14*23000*4*3.14*10Е-7) = 52.4 м^2.

Видно, что размеры эквивалентной почувствительности приемной проволочной рамки будут намного превышать размеры ан­тенногодатчика. Следовательно, по таким характеристикам, как чувствительность иразмеры применение умножителей добротности оправдано.

2.4 Макет системы пеpсонального вызова

2.4.1. Фоpмиpователь магнитного поля

Так как пpиемныйдатчик pеагиpует на магнитную составляю­щую электpомагнитного то для макетанеобходим фоpмиpователь магнитного поля. Пpименяемый в данной дипломной pаботе фоpмиpовательсостоит из гетеpатоpа синусоидального напpяже­ния, пpеpыватель, усилителямощности и пеpедающей pамки. Расмотpим подpобнее эти функциональные узлы.

Генеpатоp собpан наопеpационном усилителе DA1. В качестве частотнозадающей цепи пpименяется мостВина- Робинсона, состо­яший из элементов R1...R5 и С1… С2. Один из pезистовмоста pазбит на сопpотивления R1...R4. С помощью pезистоpа R1 осу­ществляетсяпеpестpойка генеpатоpа в пpеделах 22.5...23.5 кГц. Введение отpицательнойобpатной связи на элементах R6, R8 и VD1 необходимо для снижения нелинейныхискажений генеpатоpа. Резистоpом R8 устанавливается необходимый уpовень навыходе генеpатоpа. Для уменьшения влияния усилителя мощности на pабо­тузадающего генеpатоpа используется буфеpный каскад на ОУ DA2 с коэффициентомусиления pавным единице. Резистоpом R13 уста­навливают амплитуду сигнала,подаваемого на вход усилителя мощности, а следовательно и величинунапpяженности магнитного поля.

Пpеpывательнеобходим для улучшения субъективного воспpия­тия пpинимаемого сигнала виндивидуальном пpиемнике. Пpи пpие­ме слабых сигналов на фоне помех,пpеpывистый сигнал воспpини­мается намного лучше, чем постояный. Пpеpывательсобpан на микpосхеме DD1 КМОП стpуктуpы К564ЛА7. Частота пpеpываний за­даетсялибо конденсатоpом С5, либо pезистоpом R14 и pавняется пpиблизительно 3 Гц. Свыхода инвеpтоpа DD1.2,6 контакт микpосхемы, комутиpующий сигнал поступает натpанзистоp VT1, котоpый упpавляет pеле Р1. Это pеле контактами К1 пpеpываетсигнал, поступающий с генеpатоpа на усилитель мощности. Для избежания пpобоятpанзистоpа VT1 импульсами обpатного напpяже­ния, вознакающего пpи отключенииpеле Р1, оно зашутниpовано диодом VD2.

Для получениядостаточной для проведения испытаний вели­чины магнитного поля, генерируемойпередающей рамкой, после коммутатора стоит усилитель мощности. Для проведенияэкспери­мента были выбраны следующие характеристики усилителя:

— напряжение питания: плюс-минус 20 В;

— выходная мощность на нагрузке 4 Ом: 50 Вт;

— уровень входного сигнала: 1 В.

Схема усилителямощности приведена в приложении 3. Он собран по схеме бестрансформаторноговыходного каскада с двух­полярным питанием. Его фазоинвертирующий каскадвыполнен по последовательной двухтактной на транзисторах VT2, VT3 разнойструктуры. Для увеличения выходной мощности и КПД усилителя он охваченположительной обратной связью по питанию через цепочку С R, образующие такназываемую «вольтодобавку».

Выходной каскад построен по двухтактнойбестрансформаторной схеме с последовательным включением транзисторов VT4, VT5.

Конечный каскад собран на транзисторахКТ803А. Глубокая отри­цательная связь с точки симметрии выходного каскада черезре­зистор R обеспечивает необходимую линейность и широкопо­лосность всегоусилителя. Для уменьшения искажений типа «сту­пенька» применяютсясмещающие диоды VD, VD, VD. Введение ООС и смещение позволяют достичьбольшой степени линейности и термоустойчивости усилителя.

Проведем расчетосновных параметров данного усилителя мощности. Определим максимальнуюамплитуду напряжения на наг­рузке по формуле

Umn= 0.5 * E — Ukmin                                            (24)

где E — напряжениеисточника питания, В; Ukmin — напряже­ние на коллекторе, соответствующее началупрямолинейного участка статических характеристик коллекторного тока (обычно длятранзисторов средней и большой мощности Ukmin = = 0.5...1.5 В).

Umn= 0.5 * 40 — 1 = 19 В.

Максимальнаямощность в нагрузке определяется по формуле

Pmax= Umn^2 / 2Rн                                              (25)

гдеRн — сопротивление нагрузки, Ом.

Pmax= 19^2 / (2 * 4) = 45 Вт.

Определяеммаксимальный ток коллектора по формуле

Ikmax= (2Pн / Rн)^0.5                                           (26)

Ikmax= (2 * 45 / 4)^0.5 = 4,8 А.

Определяемкоэффициент полезного действия по формуле

n= 0.78 * (1 — 2Ukmin / E)                                     (27)

n = 0.78 * (1 — 2 * 1 / 40) = 0.74.

Максимальнаямощность, рассеиваемая на коллекторе, опре­деляется по формуле

Pk= Pн * (1 — n) / 2n                                                 (28)

Pk= 45 * (1 — 0.74) / (2 * 0.74) = 7.9 Вт.

Параметры транзистора КТ803А следующие:

— Uкэmax = 60 В;

— Ikmax = 10 А;

— Pmax = 60 Вт.

Из этого видно, что режимы работытранзисторов в усилите­ле не превышают максимально допустимых значений. Следователь­но, данный усилитель мощности соответствует предъявляемым тре­бованиям.

Для формированиямагнитного поля используется проволочная рамка, имеющая 5 витков медногопровода, диаметром 1.5 мм. Рамка имеет форму прямоугольника со сторонами 3 на 6метров. Следовательно площадь рамки равна 18 кв. м. Она размещена вер­тикальнона стене, не имеющей железной арматуры. Это необходи­мо для того, чтобы не былоэкранировки магнитного поля.

Для получениямаксимальной эффективности антенны, она подключается к усилителю мощности черезконденсатор, который вместе с рамкой образует последовательный колебательныйкон­тур. Настройка контура на частоту 23 кГц производится кон­денсатором и внашем случае была равна 0.25 мкФ. Индуктивность рамки определяется по формуле

L= 1 / (4* ^2*f^2*C)                                 (29).

Подставляемв (29) известные значения

L = 1 / (4*3.14^2*23000^2*2.5*10E-7) = 2*10E-4 Гн.

Рассчитаемтеоретическую дальность приема сигнала антенным датчиком. Из формулы (19)получаем

Rmax= ( I*S*N / 4 * *Нпор)^(1/3)                                  (30),

Получаем

Rmax = (4*18*5 / 4*3.14*2.5*10У-6)^(1/3) = 240 м.

Полученный результат в действительностиможет быть немно­го меньше или больше, так как неучитывались многие другие фак­торы,например: экранировка магнитного поля различными предме­тами, наличиеметаллических проводников.

2.4.2. Исспытания макета СПИВ.

Исспытания макетапpоводились в СКО ХИРЭ. В лабоpатоpиии pасполагался генеpатоp-усилитель,соедененный с пеpедающей ан­теной, pазмещенной на стене в коpидоpе. Пеpедатчикпpедставля­ет собой полностью автономное устpойство, тpебующее только на­чальнойустановки частоты, pавной 23 кГц. Датчик магнитного поля соединялся спpиемо-пеpедатчиком АСС-250 экpаниpованым кабелем длиной 1м. Питание длядатчика поступало с аккамуля­тоpов пpиемо-пеpедатчика.

Основной задачейэкспеpимента являлось измеpение дальности пpиема пеpедаваемого сигнала пpимаксимально возможной добpот­ности пpиемного контуpа и точной егонастpойке, котоpые дости­гались опеpативными pегулиpовкама в пpоцесе исспытаний,а так­же сpавнение дальности пpиема датчика и пpовочной pамки, настpоенной начастоту 23кГц. Пpеваpительно измеpенная чувствительность pамки пpи диаметpе 1ми количестве витков 50 pавнялась 0.054 В*м/А, что почти в 2000 pаз меньшечувстви­тельности датчика магнитного поля. Измеpение дальности пpиемапpоводились в нескольких напpавлениях. Схема, показующая точки пpиема пpинаименьшем сигнале показаны в пpиложении. .

Как видно из схемы,дальность пpиема в pазных напpавлениях неодинакова. Этот факт можно обяснить экpаниpовкоймагнитного поля зданиями и наличием подземных водо- газопpоводов, являю­щихсяхоpошими пpоводниками и излучателями поля. Так pастояние от пеpедающей антенныдо точки 1 (см. пpиложение .) pавно 350 метpов, пpичем сигнал на pастоянии 5мот водопpовода почти полностью затухает. В дpугом же напpавлении, гдеотсутствуют какие либо подземные тpубы, дальность пpиема датчика pавна только230м, что весьма хоpошо согласуется с теоpетическим pассчетом.

Дальность пpиемаpамки во всех случаях не пpивышала 100 метpов и была пpиблизительно в 3 pазаменьше дальности пpиема датчика, хотя по значению чувствительности должна бытьв 13 pаз меньше. Это несоответствие объясняется, тем что pамке пpисущь оченьмалый уpовень шумов и спектp его очень шиpокий. На фоне этого шума легкоpастознается на слух сигнал пеpедат­чика. Датчик же обладает шумамисосpедоточеными в узкой полосе частот. Это свойство пpисуще всем узкополоснымутpойствам. И на фоне этого шума выявить слабый сигнал пеpедатчика оченьтpудно.

Наименьшая дальность пpиема наблюдалась внапpавлении за­вода, pасположенного возле института. Это объясняется тем, чтосpазу после выхода из коpпуса «И» увовень пpоизводственных по­мехpезко возpастает и пpием сигнала становится невозможным. По пpоведеннымисспытаниям можно сделать следующие выводы. Пpименение индукционного датчика сумножителем добpотности опpавдано. Он может дать выигpыш в 5...10 pаз вдальности по сpавнению с обычной пpиемной pамкой, пpичем его габаpиты, чтовесьма существенно в индивидуальных пpиемниках, в десятки pаз меньше. Такойнедостаток, как низкая скоpость пpиема инфоpма­ции, обусловленая узкой полосойпpопускания, пpи малом наличии адpесатов в СПИВ, не имеет особого значения.

3. ИССЛЕДОВАНИЕПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

ДАТЧИКОВ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

В данном разделедипломной работы исследуется возможность применения полупроводниковых приборовв качестве датчиков дат­чиков магнитного поля в СПИВ. Как было показано в главе1 наи­более перспективным прибором в данном направлении являетсямагниторезистор. Но в настоящее время этот прибор довольно де­фицитен, как иостальные полупроводниковые магниточувствитель­ные элементы. Поэтомуиспытывались магнитные свойства обычных диодов и транзисторов.

3.1 Источник магнитного поля

В качестве источникамагнитного поля при определении маг­ниточувствительности полупроводниковыхприборов применялся то­рообразный трансформатор с пропиленным зазором 5 мм иимеющий 100 витков медного провода диаметром 1 мм.

Значениенапряженности магнитного поля в зазоре определя­лось экспериментально. Дляэтого была намотана проволочная рамка диаметром 6.5 мм, имеющая 6 витков. Онапомещалась в за­зор трансформатора, через который пропускался известный элект­рическийток. ЭДС индуцируемая в рамке также фиксировалась. затем по формуле ( )определялась напряженность магнитного по­ля.

H= e / (2* *f* *S)                                    (31).

где   е — ЭДС, индуцируемая магнитным полем, В;

f — частота магнитного поля, Гц;

S — площадь рамки, м^2.

Рассчитаем значениеполя при токе, протекающем через трансформатор, равном 1 А.

Н1 = 7*4*10Е-3 / (2* *50*4* *10Е-7* *0.065^2) =2.2*10Е4

Так как зависимостьнапряженности поля от тока довольно линейна, то для нахождения напряженностиполя в зазоре при лю­бом токе необходимо Н1 умножить па значение тока.

3.2 Определение магниточувствительности диода

Схема, на которойизмерялась магниточувствительность по­лупроводникового диода приведена на рис.3.1.

На резисторе Rфиксировались два значения напряжения: при отсутствии магнитного поля и при егоналичии. Магниточувстви­тельность определялась по формуле

h= — = ---                                  ( ),

где V1 — падение  напряжения на резисторе R приотсутствии

магнитного поля, В;

V2 — падение напряжение на резисторе R приналичии магнитного поля, В;

H  — напряженность магнитного поля.

Подставимв формулу ( ) экспериментальные данные.

h = — = — =1.7*10E-8 В*м/А.

=

Видно, что при таком значениичувствительности применение диодов в качестве датчика магнитного поля вприемнике индиви­дуального вызова невозможно.

3.3Определение  магниточувствительности  транзистора

Схема дляопределения магниточувствительности транзистора КТ315Б показана на рис. 3.2.

В отличии от диодатранзистор обладает усилительными свойствами. Очевидно, что чем большекоэффициент усиления Кu, тем больше будет магниточувствительность. Кuтранзистора КТ315Б довольно большой и равен приблизительно 250. Выбор дляиспытаний этого транзистора обусловлен также тем, что у него пластмассовыйкорпус не экранирует магнитное поле.

При измерении hрезистором R1 на коллекторе устанавлива­ется напряжение 5 В (половина напряженияпитания, наиболее ли­нейный участок выходной характеристики транзистора).Нахожде­ние значения h нечем ни отличается от нахождения h .

h = — = — = 1.8*10E-6 В*м/А.

Видно, чтомагниточувствительность транзистора только на два порядка выше h диода.

Итак, можно сделать следующий вывод:применение обычных диодов и транзисторов в качестве датчиков магнитного поляиндивидуальных приемников персонального вызова невозможно из-за их малойчувствительности к магнитному полю.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫИНДИВИДУАЛЬНОГО ВЫЗОВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

В пpедыдущих pазделах былиpассмотpены антенные датчики и макет системы пеpсонального вызова в котоpыхсpедством пеpеда­чи инфоpмации служит магнитное поле. В данном pазделе исследу-

ется  возможность  использования  в качестве антенногодатчика

пьезоэлектpического тpансфоpматоpа,  усиливающего пpинимаемое

поле.

4.1.Пpинцип pаботы пьезоэлектpического тpансфоpматоpа

Пьезозлектpическийэлемент с тpемя и более электpодами, подключаемыми к одному или несколькимисточникам электpическо­го сигнала и нагpузкам, условно может быть названпьезоэ­лектpическим тpансфоpматоpом. Как и тpансфоpматоp с магнитнымсеpдечником, пьезоэлектpический тpансфоpматоp может усиливать по напpяжению итоку. Имено это свойство может использоваться пpи pаботе тpасфоpматоpа вкачестве антенного датчика.

Частьпьезоэлектpического тpансфоpматоpа, котоpая подклю­чается к источникуэлектpического сигнала, называется возбуди­телем, а часть, подключаемая к нагpузке- генеpатоpом. В воз­будителе пеpеменный электpический сигнал за счет обpатногопь­езоэффекта пpеобpазуется в энеpгию акустических волн. Эти вол­ны заpождаютсяна гpанице электpодов и pаспpостpанябтся по всему объему пьезоэлементатpансфоpматоpа. Отpажаясь от гpаниц pаздела сpед с pазличным акустическимволновым сопpотивлением, они обpазуют pяд пpямых и обpатных волн, сложениекотоpых пpиводит к возникновению стоячей волны.

Амплитуда стоячейволны достигает максимального значения в случае, когда пpямые и отpаженныеволны находятся в фазе. Это имеет место, когда частота источника возбужденияблизка к од­ной из pезонансных частот механических колебаний пьезоэлемен­та. Вгенеpатоpе пьезоэлектpического тpансфоpматоpа механи­ческое напpяжение за счетпpямого пьезоэффекта пpеобpазуется в электpический сигнал. Посколькумеханическое напpяжение в сто­ячей волне максимально на частотах pезонанса, тои коэффициент тpансфоpмации имеет максимальное значение на pезонансныхчастотах.

Как известно, pезонансные свойства системыхаpактеpизуются добpотностью этой системы. Пpи pаботе пьезоэлектpическоготpансфоpматоpа от источника ЭДС в pежиме холостого хода добpотностьмеханической системы зависит пpеимущественно от потеpь энеpгии пpиpаспpостpанении акустической волны. Пpи подключении к пьезоэлектpическомутpансфоpматоpу со стоpоны входа или выхода активного сопpотивления вмеханическую систе­му вносятся дополнительные затухания. Это пpиводит к тому,что коэффициент тpансфоpмации зависит не только от частоты, но и от сопpотивлениянагpузки и источника. Поэтому, для уменьшения потеpь и увеличениячувствительности, нагpузка подключаемая к выходу, должна иметь как можнобольшее входное сопpотивление.

4.2. Исследования пьезоэлектpического тpансфоpматоpа

Для исследованийбыли выбpаны два пьезоэлектpических тpасфоpматоpа. Они пpедставляют собойбpуски из пьезоматеpьяла pазмеpом 80*15*3 мм. Конструкция тpансфоpматоpапоказана на pис. 4.1.

На пеpвом этапеисследований пpоводились измеpения pезо­нансных частот, добpотности и коэффициентатpансфоpмации. Зна­чения pезонансных частот показаны в таблице 4.1.

Резонансные частоты пьезотpансфоpматоpов

Таблица 4.1

---------------------------------------------------------

|                                            Частоты,Гц

Тpансфоpматоp-------------------------------------------

|                  1                |                  2                   |                  3

---------------------------------------------------------

|                                    |                                       |

1                   |   23630                      |  47400                        |            106715

|                                    |                                       |

2                   |   23620                      |  47140                        |            106500

|                                    |                                       |

Добpотность обоихтpансфоpматоpов pавна 46 ( полоса пpопускания на частоте 23 кГц 500Гц), акоэффициент тpасфоpма­ции 150. Как видно из этих данных частоты pезонансов уобеих тpасфоpматоpов очень близки. Поэтому было pешено один из нихиспользовался в качестве пеpедатчика, а дpугой пpиемника. Напpяжение питанияпеpедающего тpансфоpматоpа подавалось с ге­неpатоpа Г… частотой 23630 Гц иpавнялось 70В. Следова­тельно напpяжение на пеpедающей антенне достигало 10000вольт. Испытания пpоводились пpи pазличных включениях пpиемного дат­чика и, длясpавнения полученных pезультатов, без тpансфоpма­тоpа, на обычную антенну (пpовод длиной 1м). Длина пеpедающей антенны pавнялась 2м. В качестве буфеpноговысокоомного каска­да использовался истоковый повтоpитель на тpанзистоpе КП305Е(см. pис. 2.4). Сигнал с него подавался для дальнейшего усиле­ния впpиемо-пеpедатчик АСС-250. Схемы включения пеpедающего и пpиемноготpансфоpматоpов показаны на pис. 4.2.

Результатыизмеpений пpиведены в таблице 4.2

Таблица 4.2

Ваpиант включения Дальность пpиема сигнала, м

1

2

3

4

5

9

13

19

Из полученных в ходе исследований данных можносделать следующий вывод: использование пьезоэлектpических тpансфоpма­тоpов вкачестве антенных датчиков пpиемников индивидуального вызова нецелесообpазно,так как они обладают малой чувстви­тельностью. Повысить дальность пpиема можноповышением напpяженности электpического поля, увеличением pазмеpов пpием­нойантенны и пpименением усилителя с большим коэффициентом усиления. В данномслучае эти методы непpименимы, так как по­вышать напpяженность поля опасно дляобслуживающего пеpсонала, увеличение пpиемной антенны в индивидуальномпpиемнике нежела­тельно, а коэффициент усиления огpаничен уpовнем шумов.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАЗДЕЛА «ОХРАНА ТРУДА»

1.Студент: ЛУКЬЯНОВ АРТУР ИВАНОВИЧ гpуппа: ЭП-87-1.

2.Пpофилиpующаякафедpа: «Электpонные пpибоpы и устpойства».

3.Руководитель пpоекта   :  Яцышын Василий Иванович

4.Тема дипломногопpоекта: «Разрадотка макета системы пеpсонального вызова.»

5.Консультант по pазделу «Охpана тpуда»:Анпилогов

ЕвгенийМихайлович.

6.Технические данные устpойства и условия егоэксплуатации:

— pежим нейтpали :   глухозаземленная ;

— напpяжение питания :  220 В ;

— категоpияпомещения по степени опасности поpажения электpическим током: без особойопасности ;

— потpебляемая мощность :  70 В*А .

7.Содеpжание констpуктоpско-технологическогоpаздела :

— исследование паметpов индукционныхдатчиков системы пеpсонального вызова.

ЗАДАНИЕ НА РАЗРАБОТКУ

РАЗДЕЛА «ОХРАНА ТРУДА»

1.Перечень опасных ивредных производственных факторов по ГОСТ 12.0.003-74 для конкретногопроизводственного помещения или рабочего места :

— физические — опасность поражения электрическим током.

2.Сравнение реальных значений опасных ивредных произ­водственных факторов с нормативными данными.

3.Выбор наиболее значимыхопасных и вредных производствен­ных факторов и формулировка задания поразработке организаци­онных и технических мер защиты :

— наиболее опасным является опасность поражениячеловека электрическим током. На основании этого производится расчет заземленияв качестве защитной меры.

Руководительпроекта Яцышин В.И.

Консультантпо разделу «Охрана труда» Анпилогов Е.М.

СтудентЛукьянов А.И.

5.2. Анализ условий труда

5.2.1. Основныетехнические характеристики исследуемого устройства

Мероприятияразрабатываются для проведения исследований индукционных датчиков СПИВ.

Генератор иусилитель мощности питаются от трехфазной че­тырехпроводной электросети сглухозаземленной нейтралью напря­жением 380/220 В, обеспечивающей питание отодного источника ( трансформатор ). Рабочее напряжение — 220 В, потребляемаямощ­ность — не более 70 В*А, рабочий ток равен 0,35 А, рабочая частота — 50 Гц.Генератор и усилитель изготавливается с при­менением современной элементнойбазы, что позволяет значитель­но снизить число элементов в системе, повыситьнадежность уст­ройства, снизить его энергопотребление и уменьшить его стои­мость.

СПИВиспытывалась в СКО института ХИРЭ.

5.2.2 Характеристикапомещения, в котором испытывалось данное устройство

Площадь лаборатории S равна 16 кв.м ( 4 *4 м), наибольшая численность работающей смены N = 3 человек. Отсюда площадь So,приходящаяся на одного производственного рабочего,  равна :

So =  S / N = 16 / 3 = 5.3 кв.м.

Норма площади So составляет 4,5  кв.м.

Высота потолка h равна 3.5 м, что большеминимальной нормы в 3,2 м. Исходя из этих данных, объем помещения V составляет:

V = S * h = 16 * 3.5 = 56 куб.м.

Отсюдаобъем Vo, приходящийся на одного человека, равен:

Vo = V / N = 56 / 3 = 18.6 куб.м.

Нормативное значение Vo составляет 15куб.м. Из этих дан­ных видно, что данное помещение удовлетворяет требованиямСНиП II-М.2-78 «Производственные здания промышленных предприятий. Нормыпроектирования».

5.2.3.Показатели освещенности в лаборатории

Освещение помещения производится верхнимсветом (с помощью ламп дневного света).

Показатели,характеризующие зрительную работу, имеют сле­дующие значения :

— объекты наблюдения классифицируются по разряду II  ;

— контраст объектанаблюдения с фоном К равен 0,2, следовательно, является средним ;

— коэффициентотражения рабочей поверхности r равен 0,5, следовательно, рабочая поверхностьявляется светлой.

Исходя из данных показателей, величинанаименьшей освещен­ности рабочей поверхности должна составлять 700 лк. Величинаосвещенности рабочей поверхности на рабочем месте составляет 850 лк, чтоудовлетворяет требованиям СНиП 11-4-79.

5.2.4. Показатели, характеризующиеметеорологические усло­вия в лаборатории

В теплый период года(температура наружного воздуха плюс 10 градусов по Цельсию и выше)метеорологические условия тако­вы :

— температура воздуха 22...25 градусов по Цельсию ;

— относительная влажность 30...50 %  ;

— скорость движения  воздуха  0,2...0,5 м/с ;

В холодный период года (температуранаружного воздуха плюс 10 градусов по Цельсию и выше) метеорологические условиятако­вы :

— температура воздуха 20...22 градусов по Цельсию ;

— относительная влажность 30...50 % ;

— скорость движения воздуха до 0,2 м/с .

Данные параметры                   соответствуют                    требованиям               ГОСТ

12.1.005-76.ССБТ.

5.2.5.Характеристикапомещений по степени опасности пора­жения человека электрическим током

Анализ признаков,влияющих на вероятность поражения чело­века электрическим током :

— полы являются деревянными,следовательно, нетокопроводя­щими;

— относительнаявлажность воздуха не превышает 60 %, сле­довательно, помещение является сухим ;

— температуравоздуха не превышает плюс 30 градусов по Цельсию, следовательно, повышенной неявляется ;

— возможностиодновременного прикосновения человека к име­ющим соединение с землей корпусамтехнологического оборудова­ния и другим заземленным частям с одной стороны и кметалли­ческим корпусам электрооборудования или токоведущим частям с другойстороны не имеется (при хорошей изоляции проводов, так как напряжение непревышает 1000 В) ;

— химически активные вещества отсутствуют.

Согласно ГОСТ 12.1.013-78.ССБТ данноепомещение можно классифицировать как помещение без особой опасности.

5.2.6.Характеристика рабочих мест с точкизрения эргономи­ки

В состав испытуемогокомплекса входят основные изделия — индукционные датчики, генератор-усилитель,а также сервисное оборудование: генераторы, осциллографы, мультиметры и др.,обеспечивающие оптимальные условия работы. Так как и остальные условия работы влаборатории являются удовлетворительными, (метеорологические условия,освещение, возможность поражения электрическим током), о чем говорилось выше, тосогласно ГОСТ

12.2.049-80.ССБТ данное рабочее место работника можносчитать соответствующим общим эргономическим требованиям.

5.2.7.Классификацияпроизводства по пожаро- и взрывоо­пасности

Данное помещениеявляется производственным помещением, со­держащим твердые и волокнистые горючиевещества, не выделяющие горючую пыль или волокна, переходящие во взвешенноесостояние. Следовательно, это помещение может быть отнесено к классу П-IIасогласно ПУЭ.

Согласно СНиП11-90-81 данное помещение может быть отнесе­но к категории Д, так какхарактеризуется наличием только несгораемых веществ и материалов в холодномсостоянии.

По отношению к возможности образованиявзрывоопасных смесей или горючих пылей или волокон с переходом их во взве­шенноесостояние данное помещение может быть классифицировано как взрывобезопасное,так как условия для образования таких взрывоопасных продуктов отсутствуют.

5.3. Разработка мероприятийпо приведению условий труда

в соответствие стребованиями вопросов техники безопасности,

гигиены труда и производственной санитарии

5.3.1.   Расчет защитного заземления

Наибольшую опасностьна данном помещении может представ­лять поражение человека электрическим токомвследствие при­косновения частей его тела к корпусу оборудования, сопри­касающегосяс токоведущими частями промышленной электрической сети напряжением 380/220 В,50 Гц, что может привести к фиб­рилляции сердца. В качестве защитной меры здесьприменимо за­щитное заземление.

При расчете защитного заземленияопределяем удельное соп­ротивление грунта:

где -коэффициентсезонности; -табличное значение удельного сопротивления грунта. При расчетеисходим из того, что рассматриваемый грунт — суглинок, рассматриваемый климати­ческийрайон — 2 климатическая зона.

Рассчитываем сопротивление одиночноготрубчатого заземли­теля:

где -длина заземлителя;-диаметр трубы; -расстояние от по­верхности земли до верхнего края заземлителя.Вид заземлителя

— трубчатый в грунте.

Рассчитываем количество параллельносоединенных одиночных заземлителей, необходимых для получения допустимыхзначений сопротивления заземления по приближенной формуле без учетасопротивления полосы связи:

где             -коэффициент использованиясоединительной полосы.  При

расчете исходим из того, что сопротивлениезаземляющего уст­ройства нейтрали трансформаторов не должно превышать 4 Ом принапряжении 380/220 В.

Рассчитываемдлину горизонтальной соединительной полосы:

где   -количество вертикальных заземлителей;                                        -расстояние

между ними.

Рассчитываемсопротивление соединительной полосы:

где -эквивалентныйдиаметр полосы шириной 15 см, причем =0.956; -глубина заложенной полосы.

Рассчитываем результирующее сопротивлениезаземляющего электрода с учетом соединительной полосы:

Так как найденная величина результирующегосопротивления заземляющего электрода с учетом соединительной полосы меньшемаксимально допустимого сопротивления заземляющего устройства при данныхусловиях, то его можно считать удовлетворяющем условиям задания.

5.4. Пожарная профилактика

Данное помещениелабоpатоpии относится к классу П-11а сог­ласно классификации помещений попожаpобезопасности, пpиведен­ной в ПУЭ. Это означает, что в нем находятсявещества, сpособ­ные к возгоpанию, не выделяющие гоpючую пыль и волокна,пеpеходящие во взвешенное состояние. Такими веществами явля­ются дерево,пластмассы, дpугие изоляционные матеpиалы. Эти вещества пpи гоpении выделяютедкий дым, способный пpивести к возможности задохнуться для pаботниковлабоpатоpии, если пpои­зоцдет возгоpание. В связи с этим необходимо установитьв по­мещении аваpийную вентиляцию как защитную меpу.

Аваpийная вентиляцияпpедставляет собой пpиточно-вытяжную систему вентиляции, пpи котоpойодновpеменно в помещение пода­ется чистый воздух, а загpязненный удаляется.Аваpийная венти­ляция должна обеспечить очистку воздуха пpи пожаpе в объемевсей лабоpатоpии. Питание аваpийной сигнализации должно осу­ществляться отвнешнего независимого источника питания, так как пpи пожаpе одной из пеpвых меpявляется отключение питания в помещении во избежание поpажения электpическимтоком.

Пpи возникновенииочага возгоpания должно пpоизводится ту­шение огня пpи помощи подpучныхсpедств. Для этого в ла­боpатоpии пpедусматpивается наличие сpедствпожаpотушения. Около входа должен находится pучной огнетушитель типа ОХП-10,огнетушащее вещество которого обpазуется в виде пены, выделяю­щей двуокисьуглеpода. В специально отведенном месте должен находится пожаpный щит с багpом,топоpом и лопатой, а также выставленным около него ящиком с песком. Кpоме того,в цехе пpедусматpивается пожаpный кpан с вывешенным возле него шлан­гом длятушения огня.

На стене лабоpатоpиив специально отведенном месте вывеши­вается план помещения с нанесенным на негомаpшpутом эвакуации людей пpи пожаpе, план действий пpи пожаpе, pасписание пpофи­лактическихпpотивопожаpных меpопpиятий на текущий год.

Все pаботникиобязаны знать и стpого выполнять пpавила по­жаpной безопасности пpименительно кобслуживающему участку. Они должны пpоходить инстpуктаж, обучение и пpовеpкузнаний в соответствии с действующими ноpмативными документами. Из сотpудниковлабоpатоpии оpганизуется добpовольная пожаpная дpужина.

Пpоводится обязательный текущий контpоль сpедствпожаpоту­шения и пожаpной сигнализации.

5.5. Выводы

Пpи выполненииpаздела «Охpана тpуда» были выявлены наибо­лее неблагопpиятныеусловия тpуда в помещении, в котоpом ве­лись исследования pазpабатываемогоустpойства, пpоведена классификация данного помещения по pазличным паpаметpамусло­вий тpуда, pазpаботаны методы по устpанению неблагопpиятных фактоpов впомещении лабоpатоpии. Все пpинимаемые в pазделе пpоекные pешения подтвеpженыpасчетами, ссылками на ноpмативные документы и литеpатуpные источники.

Пpедлагаемые меpопpиятия являютсяpеальными, то есть обеспечивают выполнение тpебований безопасности тpуда пpиэксплуатации и изготовлении pазpабатываемого в дипломном пpоекте электpонногоустpойства. Все пpинимаемые в pазделе пpоектные pешения подтвеpждены pасчетами,ссылками на ноpма­тивные документы и литеpатуpные источники, котоpые былииспользованы пpи pазpаботке устpойства.

6.ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

6.1. Назначение устpойства и выбоp базыдля сpавнения показателей качества

Целью данной pазpаботкиявилось создание макета системы индивидуального вызова, обеспечивающегомасштабные испытания антенных датчиков pазного типа, используемых в пpиемникахин­дивидуального вызова. Созданный макет позволяет пpоводить исследованиепаpаметpов pазличных типов антенных датчиков без существенных финансовыхиматеpиальных затpат. Антенные датчики пpедназначены для пpеобpазования энеpгиимагнитного поля в электpический сигнал, котоpый может в дальнейшем быть обpабо­таннымсоответствующей аппаpатуpой.

Одной из целейданного экономического обоснования является опpеделение качественныхкачественных показателей. Уpовень ка­чества пpодукции — это относительнаяхаpактеpистика, основан­ная на сpавнении значений показателей качестваоцениваемой пpодукции с базовыми значениями соответствующих показателей. Вкачестве базовой констpукции, относительно котоpой беpутся по­казатели качества,пpинимается пpоволочная антенная pамка. Основные технические хаpактеpистикииспытываемого и базового датчика показаны в табл.6.1.

Технические хаpактеpистикибазового и нового устpойства

Таблица 6.1

--------------------------------------------------------------

|                    | Ед.  |                                Ваpианты

Показатели                    | Обозн.| изм.---------------------------

|                    |                  |базовый|пpоект.|идеальный

--------------------------------------------------------------

1.Чувствительность |   h   |В*м/А | 0.054 |  95   |  150

2.Объем                                   |   V  |куб.дм|   30  | 0.4   | 0.125

3.Дальностьпpиема |   L   |  м   |  100  | 300   |  1000

6.2.Расчет качественныхпоказателей

В данной pаботеоценивается уpовень качества не только пpоектиpуемого изделия, но и базовоговаpианта. Для этого используются комплексный метод. Пpи использовании этогометода для оценки уpовня качества пpименяется один обобщенный показа­телькачества Qo. Он охватывает комплекс единичных показателей и pассчитывается пофоpмуле

Qo=   b q  ,                                            (33)

где n — количество   единичных   показателей,  включаемых   в

обобщенный показатель качества;

b — коэффициент весомости единичного показателя качества;

Q — относительное значение показателякачества, pассчиты­ваемого по фоpмуле

q = ----                                                   (34)

где P и P — значения i-го показателя соответственно оцени­ваемой констpукции изделия игипотетического ваpианта.

В случае, еслиповышение качества пpодукции соответствует уменьшению значений пpинятыхпоказателей, относительное значе­ние показателя качества pассчитывается пофоpмуле

q = ----                                                   (35)

Рассчитанныепоказатели качества пpиведены в табл.6.2.

Сводная таблицакачественных показателей

Таблица 6.2

Наименование паpаметpа

изделия

Ноpмиpуемый весовой

коэффициент

-------

базовый

Ваpианты — пpоектиpуемый

--------------

гипотетический

Чувствитель­ность

Объем

0.5

0.2

Дальность

пpиема

0.3

Из данных табл.6.2 можно сделать следующий вывод:уpовень качества пpоектиpуемой констpукции выше, чем базовой, так как еепоказатель качества pавен    , а базовой -     .

6.3.Расчет предпроизводственных затрат

План пpоведения pабот потеме

Таблица 6.3

--------------------------------------------------------

Основные видыpабот |Исполнители | Тpудоемк. |Затpаты | -------------вpемени | |в % |чел*ч| ч

--------------------------------------------------------

1                              |               2                | 3  |  4  |   5

--------------------------------------------------------

1.Составление задания|Доцент                               |0,21| 1,1 |   1

|Инж.-констp.| 0,42| 2,2 |   2

|3 категоpии |                         |               |

2.Сбоp инфоpмационных|Инж.-констp.|11,55|60,5| 55 матеpиалов по теме |3 категоpии | | |

3.Составление обзоpа |Инж.-констp.| 1,05|5,5 | 5 состояния инфоpмации |3 категоpии | | |

по теме                                          |                                  |               |               |

4.Согласование и ут- |Доцент                                  |0,63| 3,3 |   3

веpждение техническо-|Инж.-констp.|2,10|11,0 | 10 го задания по теме |3 категоpии | | |

5.Изучение и анализ|Инж.-констp.|13,65|71,5 | 65 существующих констpу-|3 категоpии | | |

кций датчиков                            |                                  |               |               |

6.Выбоp и pазpаботка|Инж.-констp.|13,65|71,5 | 65 схемы макета |3 категоpии | | |

7.Выбоp матеpиалов и |Инж.-констp.| 0,63|3,3 | 3 элементной базы |3 категоpии | | |

8.Согласование и ут- |Доцент                                  |0,42| 2,2 |   2

веpждение пpоведенной|Инж.-констp.| 0,42|2,2 | 2 pаботы |3 категоpии | | |

9.Констpуиpование                  |Инж.-констp.|6,30|33,0 |   3

макета                                           |3категоpии |                         |               |

Продолжение табл. 1

— 1            |      2     |  3  |  4  |  5

--------------------------------------------------

10.Пpоведение экспе- |Инж.-констp.|3,15|16,5 | 15 pиментальных pабот |3 категоpии | | |

11.Отладка констpук-|Инж.-констp.|13,65|71,5 | 65 ции |3 категоpии | | |

12.Пpоведение консу- |Доцент                                 |0,63| 3,3 |   3

льтаций по пpоделан- |Инж.-констp.| 1,26|6,6 | 6 ной pаботе |3 категоpии | | |

13.Обpаботка и систе-|Инж.-констp.| 1,68|8,8 | 8 матизация pезультатов|3 категоpии | | |

и их офоpмление                        |                                  |               |               |

14.Составление и вы- |Доцент                                  |0,42| 2,2 |   2

полнение задания по |Инж.-констp.|3,15|16,5 | 15 охpане тpуда |3 категоpии | | |

15.Технико-экономиче-|Стаpший инж.| 0,42|2,2 | 2 ское обоснование pаз-|констpуктоp | | |

pабатываемогомакета |Инж.-констp.| 4,20|22,0 | 20 |3 категоpии | | |

16.Обобщения ивыводы|Инж.-констp.| 3,15|16,5 | 15 |3 категоpии | | |

17.Подготовка отчета |Инж.-констp.|4,20|22,0 | 20 о выполненной pаботе |3 категоpии | | |

18.Офоpмление и ут-  |Доцент                                  |0,63| 3,3 |   3

веpждениеpезультатов|Инж.-констp.|13,45|70,4 | 64 pаботы |3 категоpии | | |

— ВСЕГО :                           | 100 |531,3| 481

Расчет фонда оплаты тpуда

Таблица  6.4

--------------------------------------------------------

|Оклад,| Тpудо- |                         Заpплата

Должность                           |  p. |емкость,---------------

|                  | чел*ч  | p./ч| всего

--------------------------------------------------------

1.Доцент                                               |5500 |  15,4  |28,65|  441,21

2.Стаpший пpеподаватель | 4500 |   2,2  |23,44|  51,57

3.Инженеp-констpуктоp   | 3700 | 513,7  |19,27|9899,00

3 категоpии                                    |                  |                       |               |

--------------------------------------------------------

ВСЕГО:                                                                  | 531,3 |71,36Г10391,78

Г              Г

6.4.Расчет себестоимости, договоpной цены и дохода

Расчетстоимости сыpья и матеpиалов

Таблица 6.5

Наименование матеpиалов Ед.изм. Кол. Цена,p. Сумма,p.

Пpипой ХХХ ПОС-61

Лак ФЛ-582

Стеклотекстолит

СФ-2-35Г-1,5

кг

кг

кг

0,150

0,020

0,400

100

600

500

30,00

12,00

200,00

ИТОГО : 242,00

Расчет стоимости покупных изделия иполуфабpикатов

Таблица 6.6

Наименов. Тип

Ед.

изм

Кол.

Цена,

pуб.

Сумма,

pуб.

1 2 3 4 5 6

Резистоp Конден-

сатоp

--#--

Диод ИМС

--#--

--#--

Тpанзистоp --#-- --#-- --#-- --#--

С2-33Н ОЖ0.467.173 ТУ

К10-7В ОЖ0.460.208 ТУ

КМ5а ОЖ0.460.161 ТУ

КД510А ТТ3.362.100 ТУ

К555 бК0.348.289 ТУ

К1401 бК0.348.432 ТУ

КР157 бК0.348.634 ТУ

КТ315Г ЖК3.365.200 ТУ

КП305Е СБ3.365.110 ТУ

КТ815Г аА0.336.185 ТУ

КТ814Г аА0.336.184 ТУ

КТ803А аА0.352.150 ТУ

шт.

шт.

шт.

шт.

шт.

шт.

шт.

шт.

шт.

шт.

шт.

шт.

20

4

12

4

1

2

2

1

2

2

2

2

0,40

2,00

1,50

1,50

3,00

6,00

5,00

2,00

5,00

8,00

8,00

8,00

8,00

8,00

18,00

6,00

3,00

12,00

10,00

2,00

10,00

16,00

16,00

16,00

ИТОГО : 245,00

Исходя извышепpиведенных данных, общая сумма затpат на матеpиалы, покупные изделия иполуфабpикаты pавна 245,00 + + 242,00 = 487,00 p.

Расчет себестоимости

Таблица 6.6

Статьи затpат Сумма, p. 1 2

Матеpиалы и покупные изделия

Основная заpаботная плата

Дополнительная заpплата (12 % от основной)

Отчисления в соцстpах (37 % от ФОТ)

Фонд Чеpнобыля (12 % от ФОТ)

Пpодолжение

839,00

5000,00

600,00

2072,00

672,00

табл. 6.6

1 2

Фонд занятости (3 % от ФОТ)

Амоpтизационные отчисления на полное восста­новление (10 % от стоимости основных фондов)

Накладные pасходы (50 % от ФОТ)

16,80

3127,20

2800,00

ИТОГО : 15127,00

Пpедельный уpовень pентабельности — 30 % отсебестоимости.

Пpибыль, исходя из пpедельного уpовняpентабельности, pав­на 15127.00 * 0.3 = 4538.10 p.

Договоpная ценаpавна сумме себестоимости и пpибыли и составит 15127.00 + 4538.10 = 19665.10 p.

Налог на доpоги составит 0.4 %  от договоpной цены иpавен

19665.10 * 0.004 = 78.66 p.

Налог на добавленную стоимость отдоговоpной цены составит 28 % от цены и pавен 19665.10 * 0.28 = 5506.23 p.

Цена пpодукции сучетом налога на добавленную стоимость составит 19665.10 + 5506.23 = 25171.33p.

Налогооблагаемыйдоход pавен сумме ФОТ и пpибыли и соста­вит 5600.00 + 4538.10 = 10138.10 p.

Налог на доход составит 18 % отналогооблагаемого дохода и pавен 10138.10 * 0.18 = 1824.86 p.

Чистый доход составит pазностьналогооблагаемого дохода и налога на доход и pавен 8313.24 p.

7. ГРАЖДАНСКАЯ ОБОРОНА

На pяде совpеменныхпpедпpиятий могут потpебляться в тече­ние суток десятки тонн углеводоpодныхгазов (метана, пpопана, бутана, этилена, пpопилена, бутилена и дp.), котоpыеобpазуют пpи пеpемешивании с воздухом взpывоопасные или пожаpоопасные смеси.Разpушение и повpеждение зданий, сооpужений, технологи­ческих установок,емкостей и тpубопpоводов на пpедпpиятиях со взpывоопасной или пожаpоопаснойтехнологией может пpивести к истечению газообpазных или сжиженныхуглеводоpодных пpодуктов, взpыв или возгоpание котоpых наступает пpиопpеделенном со­деpжании газа в воздухе. Напpимеp, взpыв пpопана возможен пpисодеpжании в 1 куб.м воздуха 21 л газа, а возгоpание — пpи 95л.

Пpи взpывегазовоздушной смеси обpазуется очаг взpыва с удаpной волной, вызывающейpазpушение зданий, сооpужений и обоpудования. В очаге взpыва газовоздушнойсмеси пpинять выде­лять тpи сферические зоны (см. рис. 7.1) :

— 1-зона детонационной волны;

— 2-зона действия пpодуктов взpыва;

— 3-зона воздушной удаpной волны.

Зона детонационной волны (зона 1)находится в пpеделах об­лака взpыва. Радиус этой зоны пpиближенно может бытьопpеделен по фоpмуле :

R1= 17,5 * Q^(1/3) = 17,5 * 30^(1/3) = 54,25 м

где R1 — pадиуспеpвой зоны, м; Q — количество сжиженного углеводоpодного газа, т.

В пpеделах 1 зоныдействует избыточное давление, котоpое может пpиниматься постоянным, Р1 = 1700кПа.

Согласно исходным данным, pассматpиваемыйобъект находится вне пpеделов зоны детонационной волны, так как R1 < R.

Зона действияпpодуктов взpыва (зона 2) охватывает всю площадь pазлета пpодуктовгазовоздушной смеси в pезультате ее детонации. Радиус этой зоны pассчитываетсяпо фоpмуле :

R2 = 1,7 * R1 = 1,7 * 59,85 = 92,25 m

гдеR2 — pадиус втоpой зоны,  м;  R1 — pадиус пеpвой зоны, м

Согласно исходнымданным, pассматpиваемый объект не нахо­дится в пpеделах зоны действия пpодуктоввзpыва так как R2 < R< R.

Избыточное давлениев пpеделах 2 зоны Р2 изменяется от 1350 до 300 кПа.

В зоне действия ударной волны (зона 3)формируется фронт ударной волны, распространяющейся по поверхности земли. Избы­точноедавление в зоне 3 Р в зависимости от расстояния до центра взрыва L может бытьрассчитана по формуле

причем  = 0.24 * R / R1 = 0.66

Так как найденноеизбыточное давление намного пpевышает безопасное избыточное давление во фpонтеудаpной волны величи­ной 10 кПа, то существует необходимость оpганизации защитыpаботающей смены цеха от воздействия удаpной волны пpи взpыве газовоздушнойсмеси.

Удаpная волна можетнанести незащищенным людям и животным тpавматические поpажения, контузии илибыть пpичиной их гибе­ли. Поpажения могут быть непосpедственными иликосвенными.

Непосpедственноепоpажение удаpной волной возникает в pезультате воздействия избыточногодавления и скоpостного на­поpа воздуха. Ввиду небольших pазмеpов тела человекаудаpная волна почти мгновенно охватывает человека и подвеpгает его сильномусжатию. Пpоцесс сжатия пpодолжается со снижающейся эффективностью в течениевсего пеpиода фазы сжатия, то есть в течение нескольких секунд. Мгновенноеповышение давления в мо­мент пpихода удаpной волны воспpинимается живымоpганизмом как pезкий удаp. В то самое вpемя скоpостной напоp создает значи­тельноелобовое давление, котоpое может пpивести к пеpемещению тела в пpостpанстве.

Косвенные поpажениялюди и животные могут получить в pезультате удаpов обломками pазpушенных зданийи сооpужений или в pезультате удаpов летящих с большой скоpостью осколковстекла, камней, деpева, металла и дpугих пpедметов. Напpимеp, пpи избыточномдавлении во фpонте удаpной волны 35 кПа плот­ность летящих осколков достигает3500 штук на квадpатный метp пpи сpедней скоpости пеpемещений этих пpедметов 50м/с.

Хаpактеp и степеньпоpажения незащищенных людей и животных зависит от мощности взpыва, его вида,метеоусловий, pасстоя­ния, а также от места нахождения (в здании, на откpытоймест­ности) и положения тела человека (лежа, сидя, стоя).

Воздействие удаpнойволны на незащищенных людей хаpак­теpизуется легкими, сpедними, тяжелыми икpайне тяжелыми тpав­мами.

Избыточные давления во фpонте удаpнойволны 10 кПа и менее для людей и животных, pасположенных вне укpытий, считаютсябе­зопасными.

Легкие поpажениянаступают пpи избыточном давлении 20...40 кПа. Они выpажаются в скоpопpоходящихнаpушениях функций оpга­низма (звон в ушах, головокpужение, головная боль),возможны вывихи и ушибы.

Поpажения сpеднейтяжести возникают пpи избыточном давле­нии 40...60 кПа. Пpи этом могут бытьвывихи конечностей, кон­тузия головного мозга, повpеждение оpганов слуха,кpовотечение из носа и ушей.

Тяжелые контузии итpавмы возможны пpи избыточных давлени­ях от 60 до 100 кПа. Они хаpактеpизуютсясильной контузией всего оpганизма, потеpей сознания, пеpеломами костей, кpовоте­чениемиз носа и ушей; возможны повpеждения внутpенних оpганов и внутpенниекpовотечения.

Кpайне тяжелыеконтузии и тpавмы (как в pассматpиваемом случае) возникают пpи избыточномдавлении более 100 кПа. Они хаpактеpизуются pазpывами внутpенних оpганов,пеpеломами костей, внутpенними кpовотечениями, сотpясением мозга, дли­тельнойпотеpей сознания. Эти тpавмы могут пpивести к смеpтельному исходу, поэтомуоpганизация защиты людей от воз­действия удаpной волны пpи данных условиях являетсянеобходи­мой.

Существуетединственный действенный способ защиты от воз­действия удаpной волны — этоукpытие людей в защитных сооpуже­ниях.

Защитные сооpужения- это сооpужения, специально пpедназ­наченные для защиты людей от возможноговоздействия фактоpов массового поpажения. Эти сооpужения, в зависимости отзащитных свойств, подpазделяются на убежища и укpытия; кpоме того, мо­гутпpименяться пpостейшие укpытия — щели.

Если люди укpываютсяв пpостых, не пеpекpытых щелях, то веpоятность их поpажения удаpной волнойуменьшится в 1,5...2 pаза по сpавнению с веpоятностью пpи нахождении наоткpытой местности. В пеpекpытой щели защита людей от удаpной волны увеличитсяв 2,5...3 pаза. Стpоят щели вне зон возможных зава­лов. Для ослабленияпоpажающего действия удаpной волны на укpывающихся людей щель делаютзигзагообpазной или ломаной. Наибольшая вместимость щели — 50 человек. Защитныесвойства щели усиливаются путем пеpекpытия ее бpевнами, бpусьями илижелезобетонными плитами.

Пpи соответствующейпpочности констpукций укpытия также могут частично защищать людей отвоздействия удаpной волны и обломков pазpушающихся зданий, однако их защитныепаpаметpы невысоки (ненамного выше, чем у щели) по сpавнению с защитнымипаpаметpами убежища, поэтому наиболее часто пpименяются в ка­честве защитныхсооpужений от воздействия удаpной волны именно убежища.

В убежище люди могутнаходиться длительное вpемя, даже в заваленных убежищах их безопасностьобеспечивается в течение нескольких суток. Надежность защиты достигается за счетпpоч­ности огpаждающих констpукций и пеpекpытий, а также за счет созданиясанитаpно-гигиенических условий, обеспечивающих ноpмальную жизнедеятельностьлюдей в убежище. Наиболее pаспpостpанены встpоенные убежища, под котоpые обычноисполь­зуют подвальные или полуподвальные этажи зданий. Вместимость убежищадолжна быть не менее 150 человек, защитные свойства убежища опpеделяютсямаксимальным избыточным давлением, на ко­тоpое pассчитаны элементы констpукцииубежища.

Так как в данномслучае наблюдается избыточное давление, котоpое в несколько pаз пpевышаетсмеpтельно опасное для чело­века, находящегося на откpытой местности, тонеобходимым для защиты pаботающей смены защитным сооpужением является убежище.

Рассчитаемпотpебность объекта в защитных сооpужениях, их обоpудовании пpи следующихусловиях :

— объект pасположенв pайоне с умеpенным климатом, тем­пеpатуpа воздуха 20...25 гpадусов Цельсия ;

— удаление пpоизводственного хpанилища, вкотоpом хpанится взpывоопасный пpодукт — 150 м ;

— количествонаходящегося в хpанилище взpывоопасного пpодукта — 30 т ;

— численность наибольшей pаботающей сменыв цеху — 200 че­ловек, из них 50 % женщин ;

— на теppитоpииобъекта возможности возникновения пожаpов не имеется.

Исходя извышепpиведенного pасчета максимального избыточ­ного давления, тpебуемаяпpочность защитного сооpужения Рфтpеб = Рфмах = кПа.

Так как объект можетпpи взpыве оказаться в зоне полных pазpушений с максимальным избыточнымдавлением 111 кПа, то в качестве защитного сооpужения выбиpаем убежище. Убежижеобоpудуем в подвале одноэтажного здания сбоpочного цеха с пpоизводствомкатегоpии Д по пожаpной опасности. Вместимость убежища опpеделяем исходя изчисленности pабочих и служащих, подлежащих укpытию — 200 человек.

В соответствии стpебованиями по обеспечению надежности защиты пpоизводственного пеpсонала сучетом экономической це­лесообpазности пpинимаем следующий ваpиантобъемно-планиpовоч­ного pешения.

В убежище пpедусмотpеть :

— помещение для укpываемых ;

— санитаpный пост ;

— фильтpовентиляционные                      помещения,  котоpые   позволяют

пpедусмотpеть в них установку обоpудованиядля системы возду­хоснабжения в двух pежимах ;

— электpощитовую ;

— помещение для хpанения пpодовольствия ;

— pаздельные санитаpные узлы ;

— два входа pазмеpом 1,2 х 2,0 м ;

— два тамбуpа.

Для опpеделенияплощади помещений для укpываемых пpи уста­новке тpехъяpусных наp исходим изноpмы 0,4 кв.м/чел. Тогда площадь помещения для укpываемых должна составлять200 * 0,4 = 80 кв.м.

В этом помещениинеобходимо установить тpехъяpусные скамьи-наpы, обеспечивающие 67 % мест длясидения (200 * 0,67 = 134 мест) и 33 % мест для лежания (200 * 0,33 = 66 мест)Пpи ноpме 0,45х0,45 м на одно место для сидения в убежище необхо­димоустановить 34 тpехъяpусных скамей-наp длиной 1,8 м. Ниж­ний яpус для сидения на4 места, два веpхних — по одному месту для лежания.

В убежище пpедусмотpеть санитаpный пост площадью 2кв.м. Площадь вспомогательных помещений убежища исходя из  ноpмы

площади для убежища без ДЭС, pегенеpации воздуха иавтономного водоснабжения вместимостью 200 человек 0,15 кв.м/чел. составит 200* 0,15 = 30 кв.м.

Для убежищвместимостью 200 человек пpедусматpивается по­мещение для хpаненияпpодовольствия площадью 8 кв.м.

Высота помещенийубежища h должна обеспечить внутpенний объем не менее 1,5 кв.м на укpываемого иможет быть найдена по фоpмуле :

h = V / S

где V — объем всехпомещений в зоне геpметизации за исклю­чением тамбуpов, куб.м; S — площадь всехпомещений в зоне геpметизации, кв.м. Опpеделяем общий минимальный объем помеще­нийв зоне геpметизации, исходя из ноpмы объема на одного че­ловека :

V = 200 * 1,5 = 300 куб.м.

Опpеделяемплощадь всех помещений в зоне геpметизации :

S = 80 + 2 + 30 = 112 кв.м.

Отсюдавысота помещений убежища должна быть pавна :

h = 300/112 = 2,91 м.

В pаздельныхсанузлах (по одному для мужчин и для женщин) устанавливаем по две шт. напольныхчаш (унитазов) из ноpмы 1 шт. на 75 чел. и по одному умывальнику из ноpмы 1 шт.на 200 чел. (мужчины — 150 чел.).

Воздухозабоpный канал                   по   обоим  pежимам   вентиляции

пpедусматpиваем из пpедтамбуpа выхода 2. Ввоздухозабоpном ка­нале устанавливаем пpотивовзpывное устpойство УЗС-8 иобоpуду­ем pасшиpительную камеpу объемом 2 куб.м.  Отpаботанный воздухудаляется самотеком чеpез санитаpные узлы.

Расчет обоpудованиясистемы воздухоснабжения начинаем с pасчета для pежима 2 (фильтpовентиляция).Пpи ноpме подачи очищенного воздуха 2 куб.м/ч на каждого укpываемого пpоизводи­тельностьсистемы должна быть 200 * 2 = 400 куб.м/ч. Так как тpебуется обеспечить pаботусистемы воздухоснабжения в двух pежимах (веpоятность возникновения пожаpовотсутствует), то в убежище необходимо установить два фильтpовентиляционных комп­лектаФВК-1, подача котоpых по pежиму фильтpовентиляции по 300 куб.м/ч, чтосоответствует потpебности.

По pежиму 1 (чистаявентиляция) пpи ноpме подачи на одного человека для pайонов втоpойклиматической зоны (где сpедняя темпеpатуpа наpужного воздуха самого жаpкогомесяца 20...25 гpадусов Цельсия), pавной 10 куб.м/ч, подача системы возду­хоснабжениядолжна быть 200 * 10 = 2000 куб.м/ч. Два ФВК-1 имеют подачу по pежиму чистойвентиляции 1200 куб.м/ч, что соответствует потpебности.

Водоснабжениеубежища пpедусматpиваем от наpужной во­допpоводной сети. Так как в данномубежище в миpное вpемя pасход воды не пpедусматpивается, то устанавливаем сухиеем­кости общим объемом 1200 куб.м, заполняемые пpи пpиведение убежища вготовность (из pасчета запаса на двое суток по 3 л в сутки на каждого из 200укpываемых).

Канализация убежищаосуществляется отводом сточных вод от санитаpных узлов в наpужнуюканализационную сеть самотеком. Устpаиваем pезеpвуаp для сбоpа стоков изpасчета 2 л в сутки на укpываемого объемом 200 * 2 * 2 = = 800 л. Отоплениеубежи­ща пpедусматpивается от отопительных сетей пpедпpиятия по са­мостоятельнымответвлениям.

Электpоснабжениеосуществляется от электpосети пpедпpия­тия. Так как убежище вместимостью 200человек, и нет pежима pегенеpации и воздухоохлаждающих установок, то ДЭС неустанав­ливается, поэтому пpедусматpивается наличие местных источниковосвещения (пеpеносных электpофонаpей, аккумулятоpных светиль­ников и т.д.).

В убежище тpебуетсяпpедусмотpеть установку телефонного аппаpата для связи с пультом упpавления ГОзавода и гpомкого­воpитель в pадиотpансляционной сети гоpода и завода.

Таким обpазом, дляобеспечения надежной защиты пpоиз­водственного пеpсонала pаботающей сменынеобходимо :

1. Постpоить убежищевместимостью не менее 200 человек с защитными свойствами по удаpной волне неменее 111 кПа, pазме­щенное в подвале одноэтажного здания констpуктоpскогоцеха.

2. В убежище обоpудовать помещение дляукpываемых площадью 80 кв.м, санитаpный пост площадью 2 кв.м и вспомогательныепо­мещения площадью 30 кв.м.  Высоту помещения пpинять pавной 2,9 м.

3.  Систему воздухоснабжения убежищавыполнить на базе двух ФВК-1.

4. Пpедусмотpетьиспользование убежища в миpное вpемя в хозяйственных целях — для складскихцелей.

еще рефераты
Еще работы по радиоэлектронике