ЧАСТОТНЫЙ РАДИОВЫСОТОМЕР

Полезная модель относится к области радиовысотометрии и может быть использована в радиовысотометрии, в частности, для предотвращения столкновений, в топографии, для определения угловых параметров движения беспилотных летательных аппаратов.
Технический результат заключается в увеличении срока службы таких приборов, а также в предотвращении несчастных случаев, отказов и сбоев в его работе.
Эффект достигается вследствие повышения надежности радиовысотомера за счет введения в прибор различного рода контактных и бесконтактных датчиков, позволяющих обнаруживать и устранять источники сбоев в таком приборе. При этом в качестве информативных параметров используются изменения амплитудно-частотных характеристик, повышенное электромагнитное излучение, появление эффекта дифференцирования и интегрирования сигналов.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому прибору является частотный радиовысотомер (Заренков В.А., Заренков Д.В., Дикарев В.И., Койнаш Б.В. Патент РФ №2313107. Частотный радиовысотомер от 7.04.2006. МПК G08G 5/04, G01S 13/34). Недостаток устройства - низкая достоверность обнаружения источников сбоев в данном приборе.
Задача, решаемая полезной моделью, - расширение функциональных возможностей по обнаружению скрытых дефектов в виде сбоев элементов и узлов за счет дополнительного введения контактных и бесконтактных датчиков сбоев, а также внутренних и внешних электромагнитных помех при соответствующей обработке информации (сигналов).
Поставленная задача решается тем, что частотный радиовысотомер, содержащий последовательно включенные генератор шумового сигнала, RC-фильтр, модулятор, частотно-модулированный генератор, передающую и приемную антенны, смеситель, усилитель разностной частоты, ограничитель, счетный каскад, усилитель постоянного тока и индикатор высоты, дополнительно содержит контактные и бесконтактные датчики сбоев, установленные соответственно на линиях связи и интерфейсных шинах или в непосредственной близости до 1-2 см от линии связи или интерфейсной шины для обнаружения внутренних или внешних помех от источников сбоев в виде соединителей/разъемов, интерфейсных шин, шин управления, заземления и электропитания, при этом прибор выполнен с возможностью алгоритмической обработки сигналов с упомянутых датчиков сбоев.
Поставленная задача решается тем, что в качестве информативных параметров при обнаружении источников сбоев выбирают изменение амплитудно-частотных характеристик, повышенное электромагнитное излучение, появление эффекта дифференцирования и интегрирования сигналов.
Поставленная задача решается тем, что прибор выполнен с возможностью регистрации амплитудно-частотной характеристики источника сбоя в диапазоне частот от нуля или постоянного тока до единиц гигагерц.
Поставленная задача решается тем, что прибор выполнен с возможностью бесконтактного обнаружения электромагнитных излучений от источников сбоев в диапазоне частот от единиц герц до единиц гигагерц.
7
Поставленная задача решается тем, что прибор выполнен с возможностью контактного определения источника сбоя по факту образования микротрещин и микрозазоров в линиях связи и соединителях и малой емкостной составляющей от долей и единиц пикофарад в них, последующим большим сопротивлением до 10 Ом и выше приемника сигналов на КМОП-структуре и образования эффекта дифференцирования сигналов.
Поставленная задача решается тем, что прибор выполнен с возможностью бесконтактного определения источника сбоя по факту образования микрорезонансных контуров и электромагнитного излучения в них при прохождении электрического сигнала.
Поставленная задача решается тем, что контактные и бесконтактные датчики сбоев выполнены с возможностью работы в диапазоне частот от долей герц до единиц гигагерц.
Поставленная задача решается тем, что контактные датчики сбоев реализованы на КМОП-инверторах.
Поставленная задача решается тем, что бесконтактные датчики сбоев реализованы на пассивных (LC-элементы) микрорезонансных колебательных контурах.
Поставленная задача решается тем, что прибор выполнен с возможностью определения при срабатывании двух и более контактных датчиков сбоя в качестве источника сбоя элемента или узла с более ранним по времени срабатыванием датчика.
Поставленная задача решается тем, что прибор выполнен с возможностью определения при одновременном срабатывании двух и более бесконтактных датчиков сбоя в качестве источника сбоев внешнего электромагнитного воздействия или помехи.
Поставленная задача решается тем, что прибор выполнен с возможностью определения при срабатывании контактных и бесконтактных датчиков в качестве источников сбоев внутренней электромагнитной помехи.
Поставленная задача решается тем, что прибор выполнен с возможностью контактного определения источника сбоя по эффекту интегрирования сигнала.
Решение поставленной задачи определения сбойных состояний и источников сбоев в виде линий связи и соединителей по изменению амплитудно-частотной характеристики, повышенного электромагнитного излучения, дифференцированности электрических сигналов основано на представлении скрытых дефектов упомянутых элементов аппаратуры в форме микрозазоров, микронеровностей, микротрещин, частичных микроразрывов и образования вследствие этого микрорезонансных контуров и микроемкостей.
Решение поставленной задачи по информативному параметру интегрируемости электрических сигналов основано на представлении скрытых дефектов устройства в виде повышенного (в десятки и сотни раз) омического сопротивления, составляющего интегрирующее звено с последующей включенной микроемкостью (например, сотые доли пикофарад).
На фиг. 1 представлена структурная схема частотного радиовысотомера повышенной надежности.
Прибор содержит последовательно включенные генератор шумового сигнала 1, RC-фильтр 2, модулятор 3, частотно-модулированный генератор 4, передающую антенну 5, приемную антенну 6, смеситель 7, усилитель разностной частоты 8, ограничитель 9, счетный каскад 10, усилитель постоянного тока 11, индикатор высоты 12, а также контактные датчики сбоев (КДС) 13-34, бесконтактные датчики сбоев (БДС) 35-45. При однонаправленном действии сигналов КДС устанавливаются в начале (по действию сигнала) линий связи - КДС 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33 и в конце - КДС 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34. В общем случае данное количество датчиков может быть и большим, что зависит от конкретной линии связи и размера требуемой для нее дискретизации, где необходима фиксация сбоя.
На схеме (фиг. 1) показаны и бесконтактные датчики сбоев 35-45, установленные в непосредственной близости от диагностируемых элементов или узлов. Количество БДС выбирается, исходя из их чувствительности, протяженности линии связи, и в общем случае может быть большим. Как КДС, так и БДС могут иметь как автономную, так и централизованную индикацию (на фиг. 1 не показана).
Радиовысотомер использует частотно-модулированные сигналы, частота которых изменяется по синусоидальному, пилообразному, треугольному и другим законам частотной модуляции. Наибольшее распространение получила синусоидальная модуляция, так как она осуществляется наиболее просто. Известный частотный радиовысотомер относится к устройствам высокой точности и решает такие сложные задачи, как, например, слепая посадка летательных аппаратов. Однако прибор не является достаточно надежным, не позволяет, в частности, своевременно выявлять скрытые дефекты, а также действие внутренних и внешних электромагнитных помех, проявляемых, например, в виде сбоев оборудования.
Параллельно с работой узлов и блоков 1-12 в режиме «онлайн» работают и датчики КДС (13-34, фиг. 1) и БДС (35-45, фиг. 1), установленные на линиях связи между узлами и блоками 1-12 и осуществляющие контроль данных линий связи на наличие в них скрытых дефектов, проявляемых в виде сбоев, или присутствия внутренних (внешних) электромагнитных помех. Обычно скрытые дефекты проявляются в виде микрозазоров, микротрещин, микронеровностей, частичных микроразрывов и образования вследствие этого микрорезонансных контуров, что может привести к отказу системы.
Алгоритм функционирования КДС 13-34 следующий. Например, одновременное срабатывание двух контактных датчиков сбоев 13 и 14 свидетельствует о сбое выходной контактной пары «вилка-розетка» генератора шумового сигнала 1, который осуществляет передачу сигналов через упомянутую контактную пару, а также через линию связи в RC-фильтр 2. Срабатывание только одного датчика КДС 14 говорит об источнике сбоев в линии связи между блоками 1 и 2. Дополнительное срабатывание бесконтактного датчика сбоев 35 будет свидетельствовать о нарушении (например, плохом контакте) в изолирующей («земляной») шине и появлении внутреннего электромагнитного воздействия (помехи). Аналогично функционируют КДС и БДС на других линиях связи или интерфейсных шинах.
Реализация КДС достаточно проста и заключается, например, в подключении к соответствующим точкам конденсаторов малой емкости (десятые и сотые доли пикофарады) и параллельно с ними компараторов с автономной индикацией или выходом подключенных к микроконтроллеру (МК), настроенных на заданное напряжение уровня сбоя (например, 5 вольт). Тогда при сбойном нарушении в линии связи или в контактных парах в дефектной точке образуется (например, перед отказом - обрывом) большое добавочное сопротивление (в десятки и сотни раз превышающее сопротивление в режиме нормального функционирования линии связи или контактной пары). Данное сопротивление вместе с последовательно включенной емкостью образует интегрирующую цепочку с накоплением электрического заряда на емкости, что и может быть зафиксировано как сбой автономными средствами индикации или МК.
Принцип действия БДС основан на регистрации дополнительного (сверх допустимого) электромагнитного излучения источника сбоев за счет образования микрорезонансных контуров. Реализация данных датчиков также достаточно проста и, в частном случае, может быть построена на пассивных LC-элементах, установленных на расстоянии 1-2 см от предполагаемого источника сбоев. Идеология включения БДС, а также алгоритм их функционирования в устройстве аналогичны КДС. Основное отличие (кроме информативного параметра) заключается в величине фиксируемого сигнала в зависимости от расстояния до источника сбоев. Сигналы с БДС также могут быть использованы для дальнейшей обработки либо в МК, либо (при необходимости) иметь автономную систему регистрации (индикации).
Датчики сбоев устанавливаются, например, с помощью клипс. Одновременное срабатывание БДС на различных линиях связи и не срабатывание КДС свидетельствует об источнике сбоев в виде внешней электромагнитной помехи. Одновременное срабатывание КДС и БДС говорит о внутренней электромагнитной помехе.
Следует обратить внимание на микроминиатюрное исполнение КДС и БДС, а также небольшие массогабаритные показатели указанных датчиков, что совместно с перспективой применения нанотехнологий в авиации не представляет затруднений при их внедрении.
Источники информации:
1. Заренков В.А., Заренков Д.В., Дикарев В.И., Койнаш Б.В. Частотный радиовысотомер. Патент РФ №2313107 от 07.04.2006. МПК G01S 13/34, G08G 5/04.
2. Дианов В.Н. Концептуальные особенности построения бессбойной аппаратуры. Автоматика и телемеханика. 2012, №7, с. 119-138.
3. Бало А.Г., Маленьких А.М. Радиолокационный импульсный рециркуляционный радиовысотомер. Патент РФ №2282211 от 20.06.2006. МПК G01S 13/34/
4. Жанжеров Е.Г., Кашина И.А. Способ определения угловых параметров движения беспилотного летательного аппарата. Патент РФ №2374609 от 27.11.2009. МПК G01C 21/18, G05D 1/04.