Функциональная модель акустооптического преобразователя температуры

Мухамадиев А.А. Mukhamadiev A.A.

кандидат технических наук, доцент,

докторант кафедры «Информационно-измерительная техника» ФГБОУ ВО «Уфимский государственный авиационный технический университет», Россия, г. Уфа

УДК 621.38:669

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ АКУСТООПТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ

В данной работе рассматривается методология SADT, использование которой при разработке интегрированной системы управления акустооптическим преобразователем температуры позволяет определить основные функции системы, разработать системный проект, выявить взаимосвязи между отдельными частями всей системы, что, в свою очередь, обеспечит возможность определения оптимальных характеристик устройства на этапе проектирования.

Разработка модели начинается с построения главного блока «Система измерения температуры на основе акустооптического преобразователя», изображающего интерфейсы с функциями системы. Для детализации главного блока выявляются основные подфункции системы, позволяющие выявить взаимосвязи между элементами и функциями, их выполняющими, такими как: направление излучение; фильтрация узкой области излучения; анализ интенсивности излучения полученного участка спектра; взаимодействие фоточувствительного устройства системы; обработка результатов и управление системой.

На следующем этапе разработки выявляется и производится дальнейшая детализация третьего уровня системы, в которой блоки основных подфункций детализируются каждый отдельно. И на заключительном этапе производится декомпозиция последнего функционального блока, состоящего из шести подфункций, которые в наглядной форме описывают работу микропроцессорной части системы, результатами работы которой является индикация результатов измерения системой, а также генерация управляющего сигнала, направленного на настройку фильтрующего блока.

Ключевые слова: моделирование, акустооптический преобразователь температуры, метод SADT, функциональная модель, блок системы.

FUNCTIONAL MODEL OF THE ACOUSTO-OPTICAL TRANSDUCER

OF TEMPERATURE

In this work the methodology of SADT which use when developing of the integrated control system of the acousto-optical transducer of temperature allows to define the main functions of system is considered, to develop the system project, to reveal interrelations between separate parts of all system that in turn will provide possibility of definition of optimum characteristics of the device at a design stage.

Development of model begins with creation of the main block «System of measurement of temperature on the basis of the acousto-optical transducer», representing interfaces with functions of system. For specification of the main block the main subfunctions of system allowing to reveal interrelations between elements, and functions carrying out them, such as the direction radiation come to light; filtration of narrow area of radiation; the analysis of intensity of radiation of the received range site; interactions of the photosensitive structure of system; processing of results and management of system.

At the following development stage further specification of the third level of system in which blocks of the main subfunctions are detailed everyone separately comes to light and made. And at the final stage decomposition of the last functional block consisting of six subfunctions which in an evident form describe work of microprocessor part of system which results of work is indication of results of measurement by system, and also generation of the operating signal directed on setup of the filtering block is made.

Key words: modeling, acousto-optical transducer of temperature, SADT method, functional model, block of system.

В работах [5-8, 11] автором были представлены результаты разработки и исследования акустоопти-ческого преобразователя температуры. Однако с учетом конструктивных особенностей и сложности физических процессов, лежащих в его основе, возникает необходимость проведения функционального моделирования с целью дальнейших исследований акустооптического преобразователя температуры.

Среди современных инструментов моделирования наибольшее распространение получила методология SADT. Использование данного метода при раз-

работке интегрированной системы управления аку-стооптическим преобразователем температуры позволяет определить основные функции системы, разработать системный проект, выявить взаимосвязи между отдельными частями всей системы [1-4, 9, 10].

В первую очередь построение SADT-модели начинается с представления всей системы в виде простейшей компоненты - одного блока и дуг, изображающих интерфейсы с функциями вне системы. Общему блоку было дано название «Система измерения температуры на основе акустооптического преобразователя» (рис. 1).

Преобразователи Микроконтроллер

Рис. 1. Главный блок системы

Затем этот блок детализируется с помощью дугами. Эти блоки представляют основные под-4 блоков (рис. 2), соединенных интерфейсными функции системы.

Преобразователи Рис. 2. Детализация главного блока

Первая подфункция, с которой начинается работа системы, - это направление излучения. Под направлением излучения понимаются оптические преломления и преобразования входной электромагнитной волны. Следующая подфункция - фильтрация узкой области излучения. Данная функция реализуется в системе акустооптическим фильтром, соответственно она описывает взаимодействия данного блока. Далее происходит анализ интенсивности излучения полученного участка спектра. Данный функциональный блок характеризует взаимодействия фоточувствительного устройства системы. Послед-

ним функциональным блоком выступает обработка результатов и управление системой. Данные функции выполняет микропроцессорная и электронная часть системы. Далее приведем детализацию третьего уровня системы, в которой блоки основных подфункций детализируются каждый отдельно.

Детализация первой подфункции (рис. 3) системы представляет из себя два блока - направление луча, который характеризует фокусировку и перенаправление излучения объективом, и поляризация, которая описывает подготовку с помощью поляризатора сфокусированного луча к дальнейшей обработке.

Поляризатор

Рис. 3. Детализация блока «Направление излучения»

Детализация второй подфункции (рис. 4) систе- стооптической ячейкой, и необходимого для реали-мы основана на двух функциональных взаимодей- зации данной цели второго функционального блока ствиях - дифрагировании, которое реализуется аку- - формирования пьезоэлектрического воздействия.

Рис. 4. Детализация блока «Фильтрация»

Функциональный блок «Анализ» (рис. 5) харак- ций - входной поляризации, которая обуславливает

теризует работу фотоприемного устройства, преобра- окончательную подготовку обработанного излучения,

зующего обработанное электромагнитное излучение и фотоэлектрического преобразования, реализующе-

в электрическую величину, и состоит из двух подфунк- гося фотодиодом или другим подобным датчиком.

Рис. 5. Детализация блока «Анализ»

Декомпозиция последнего функционального бло- цифрового преобразования, записи данных и дешиф-

ка (рис. 6) состоит из шести подфункций, которые рации, занимающихся обработкой электрического сиг-

в наглядной форме описывают работу микропроцес- нала. Результатами работы данного функционального

сорной части системы. Подфункция «контроль», реа- блока являются индикация результатов измерения си-

лизуемая микроконтроллером, включает средства для стемой, а также генерация управляющего сигнала, на-

организации подфункции усиления фототока, аналого- правленного на настройку фильтрующего блока.

Микроконтроллер

Рис. 6. Детализация блока «Управление»

Таким образом, разработанная функциональная модель акустооптического преобразователя температуры позволяет выявить взаимосвязи между отдельными частями всей системы, что, в свою очередь, обеспечивает возможность определения оптимальных характеристик устройства на этапе проектирования.

Список литературы

1. Антонов А.В. Системный анализ: учебник для вузов [Текст]/ А.В. Антонов. - М.: Высшая школа, 2004. - 454 с.

2. Ефанов В.Н. Проектирование базы данных результатов диагностики погружного оборудования на основе информационной модели по стандарту IDEF1X [Текст] / ВН. Ефанов, АН. Китабов, Р.Р. Ну-гаев // Электротехнические и информационные комплексы и системы. - 2014. - № 4. - Т. 10. - С. 73-82.

3. Ефанов В.Н. Синтез структуры системы диагностики технического состояния погружного электрооборудования на основе IDEF-технологии [Текст] / В.Н. Ефанов, А.Н. Китабов // Электротехнические и информационные комплексы и системы.

- 2013. - Т. 9. - № 4. - С. 69-75.

4. Куликов Г. Г. Автоматизированное проектирование информационно-управляющих систем. Системное моделирование предметной области: учебное пособие [Текст] / Г.Г. Куликов, А.Н. Набатов, А.В. Речкалов; УГАТУ. - Уфа: УГАТУ, 1998. - 104 с.

5. Мухамадиев А.А. Акустооптический преобразователь температуры / А.А. Мухамадиев, Р.Г. Фар-рахов [Текст] // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2011. - № 1. - С. 26-28.

6. Мухамадиев А.А. Классификация оптических преобразователей температуры для систем экологического и техносферного мониторинга [Текст] / А.А. Мухамадиев // Электротехнические и информационные комплексы и системы. - 2014. - № 4. -Т. 10. - С. 113-117.

7. Мухамадиев А.А. Математическая модель акустооптического пирометра [Текст] / А.А. Муха-мадиев, Р.Г. Фаррахов // Датчики и системы. - 2012.

- № 2. - С. 28-30.

8. Мухамадиев А.А. Статическая характеристика, чувствительность и разрешающая способность акусто-оптического пирометра [Текст] / А.А. Мухамадиев, Р.Г. Фаррахов // Датчики и системы. - 2011. - № 11. - С. 41-43.

9. Сурмин Ю.П. Теория систем и системный анализ: учеб. пособие [Текст] / Ю.П. Сурмин. - К.: МАУП, 2003. - 368 с.

10. Тарасенко Ф.П. Прикладной системный анализ: [учебное пособие по специальности «Государственное и муниципальное управление»] [Текст] / Ф.П. Тарасенко. - М.: КноРус, 2010. - 219 с.

11. Фаррахов Р.Г. Универсальный пирометр для измерения высоких температур [Текст] / Р.Г. Фаррахов, А.А. Мухамадиев // Датчики и системы. - 2010.

- № 11. - С. 23-25.

References

1. Antonov A.V. Sistemnyj analiz: uchebnik dlja vuzov [Tekst] / A.V. Antonov. - M.: Vysshaja shkola, 2004. - 454 s.

2. Efanov VN.Proektirovanie bazy dannyh rezul'tatov diagnostiki pogruzhnogo oborudovanija na osnove informacionnoj modeli po standartu IDEF1X [Tekst] / V.N. Efanov, A.N. Kitabov, R.R. Nugaev // Jelektrotehnicheskie i informacionnye kompleksy i sistemy. - 2014. - № 4. - T. 10. - S. 73-82.

3. Efanov V.N. Sintez struktury sistemy diagnostiki tehnicheskogo sostojanija pogruzhnogo jelektrooborudo-vanija na osnove IDEF-tehnologii [Tekst] / V.N. Efanov, A.N. Kitabov // Jelektrotehnicheskie i informacionnye kompleksy i sistemy. - 2013. - T. 9. - № 4. - S. 69-75.

4. Kulikov G.G. Avtomatizirovannoe proektirovanie informacionno-upravljajushhih sistem. Sistemnoe modelirovanie predmetnoj oblasti: uchebnoe posobie [Tekst] / G.G. Kulikov, A.N. Nabatov, A.V. Rechkalov; UGATU. - Ufa: UGATU, 1998. - 104 c.

5. Muhamadiev A.A. Akustoopticheskij preobrazo-vatel' temperatury / A.A. Muhamadiev, R.G. Farrahov [Tekst] // Pribory i sistemy. Upravlenie, kontrol', diag-nostika. - 2011. - № 1. - S. 26-28.

6. Muhamadiev A.A. Klassifikacija opticheskih pre-obrazovatelej temperatury dlja sistem jekologicheskogo i tehnosfernogo monitoringa [Tekst]/ A.A. Muhamadiev // Jelektrotehnicheskie i informacionnye kompleksy i sistemy. - 2014. - № 4. - T. 10. - S. 113-117.

7. Muhamadiev A.A. Matematicheskaja model' akus-toopticheskogo pirometra [Tekst] / A.A. Muhamadiev, R.G. Farrahov // Datchiki i sistemy. - 2012. - № 2. - S. 28-30.

8. Muhamadiev A.A. Staticheskaja harakteristika, chuvstvitel'nost' i razreshajushhaja sposobnost' akus-toopticheskogo pirometra [Tekst] / A.A. Muhamadiev, R.G. Farrahov // Datchiki i sistemy. - 2011. - № 11.

- S.41-43.

9. Surmin Ju.P. Teorija sistem i sistemnyj analiz: ucheb. posobie [Tekst] / Ju.P. Surmin. - K.: MAUP, 2003. - 368 s.

10. Tarasenko F.P. Prikladnoj sistemnyj analiz: [uchebnoe posobie po special'nosti «Gosudarstvennoe i municipal'noe upravlenie»] [Tekst] / F.P. Tarasenko. -M.: KnoRus, 2010. - 219 s.

11. Farrahov R.G. Universal'nyj pirometr dlja iz-merenija vysokih temperatur [Tekst] / R.G. Farrahov, A.A. Muhamadiev // Datchiki i sistemy. - 2010. - № 11.

- S.23-25.