Устройство сбора информации на основе волоконно-оптического цифро-аналогового преобразователя

Известно несколько способов уменьшения амплитуды выбросов тока разряда паразитной емкости СБ при работе с ШС. Например, в [2] рассматривается использование пассивных демпферных цепей (снаб-беров), а в [3] - активного ограничителя разрядного тока емкости СБ. Недостатком данных решений является то, что энергия паразитной емкости СБ просто перераспределяется между шунтовым ключом ШС и вновь введенными устройствами, что в целом ухудшает массогабаритные характеристики системы.

В данной работе предлагается новый способ уменьшения потерь в системе регулирования за счет передачи избыточной энергии, накопленной в кабельной линии (КЛ), в нагрузку, что позволяет снизить амплитудное значение тока разряда емкости СБ, а следовательно, потери мощности в КЛ и шунтирующем ключе.

Реализуется такой способ с помощью цикла ре-лейно-вложенного управления (РВУ) шунтирующим ключом или ключевым элементом (КЭ). Суть данного управления заключается в следующем: когда ток КЛ достигает максимально разрешенного значения - тока отключения КЭ /откл (см. рисунок), происходит выключение ключа, при снижении тока в КЛ до тока включения КЭ !вкл силовой ключ открывается. Такой цикл РВУ будет поддерживать ток КЛ в диапазоне [/вкл; ^гал], как показано на рисунке. Скорость разряда емкости СБ в схеме ШС с РВУ ниже, чем в классическом варианте, так как эффективное значение тока КЛ существенно ниже.

Предлагаемый способ управления не требует введения дополнительных элементов в силовую часть, а ограничение тока КЛ осуществляется за счет вновь введенного алгоритма управления ключом К1.

УДК 621-396

УСТРОЙСТВО СБОРА ИНФОРМАЦИИ НА ОСНОВЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ЦИФРО-АНАЛОГОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

В. М. Гречишников, О. В. Теряева

Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет) Россия, 443086, г. Самара, Московское шоссе, 34. Е-mail: gv@ssau.ru

Рассмотрена возможность создания устройств сбора информации на основе нового волоконно-оптического функционального элемента - цифро-аналогового преобразователя, позволяющего обеспечить высокую помехозащищенность в сочетании с низкими массогабаритными и стоимостными показателями.

Ключевые слова: первичный преобразователь, бинарный преобразователь, волоконно-оптический преобразователь, системы управления и контроля, ВОЛС, помехозащищенность, мультиплексирование.

INFORMATION COLLECTING DEVICE BASED ON THE OPTICAL FIBER DIGITAL-TO-ANALOG CONVERTER

V. M. Grechishnikov, O. V. Teriaeva

Samara State Aerospace University named after academician S. P. Korolev (National Research University) 34, Moskovskoie shosse, Samara, 443086, Russia. E-mail: gv@ssau.ru

Временные диаграммы переключения ШС и РВУ: U1 - сигнал управления ключом К1; UK1 - напряжение сток-исток ключа К1 (в случае использования МДП-транзистора); иСБ - напряжение на выходе СБ, /Ькл -ток кабельной линии; 1КЗ - ток короткого замыкания СБ;,

1откл - ток отключения КЭ; /вкл - ток включения КЭ;

Тк - период коммутации

References

1. O'Sullivan D, Weinberg A. The sequential switching shunt regulator S3R, Proceedings of the third ESTEC Spacecraft power conditioning seminar (ESA SP-126), Noordwijk, The Netherlands, 1977, pp. 123-131.

2. Perol P. Another Look at the Sequential Switching Shunt Regulator, Proceedings of the Fifth European Space Power Conference (ESA SP-416), Noordwijk, The Netherlands, 1998, pp.79-84.

3. Delepaut C., Martin M. Current limitation techniques in a S3R power cell, Proceedings of the European Space Conference, WPP-54, 1993, pp. 61-66.

© Гордеев А. В., Сидоров А. С., Хорошко А. Ю., 2013

Решетневскуе чтения. 2013

The possibility of creating devices which collect information on the basis of a new fiber-optic functional element -digital-to-analog converter providing high noise immunity, combined with low weight and size, and cost parameters is considered.

Keywords: primary converter, binary converter, fiber optic converter, control and monitoring systems, fiber optic, noise immunity, multiplexing.

Бинарные преобразователи (датчики конечных положений исполнительных механизмов) составляют многочисленную группу элементов систем управления современных авиакосмических аппаратов. Как правило, датчики располагаются в зонах с тяжелыми условиями эксплуатации (температура, электромагнитные помехи), что снижает достоверность снимаемой с них информации. Кроме того, наличие индивидуальных каналов связи для каждого датчика ухудшает массогабаритные показатели бортовой радиоэлектронной аппаратуры. В связи с этим актуальной является задача создания мультиплексированных датчиков с помощью волоконно-оптического интерфейса. Решение этой задачи может быть получено при помощи волоконно-оптического цифро-аналогового преобразователя (ВОЦАП).

ВОЦАП предназначены для подключения источников оптических сигналов к общей оптической магистрали и для преобразования входного оптического сигнала в пропорциональный ему квантовый аналоговый оптический сигнал.

Основными требованиями к ВОЦАП являются возможность уплотнения 8-14 цифровых источников информации при использовании серийных волоконно-оптических технологий и стандартного оборудования для их изготовления, а также совместимость по мас-согабаритным показателям с датчиковой аппаратурой и интегрально-оптической схемотехникой.

Входной оптический код ВОЦАП представляет собой совокупность оптических логических сигналов Р,Р2...Рп, которые могут принимать одно из двух возможных значений «0» или «1». Значению «0» соответствует полное отсутствие оптического сигнала в данном разряде входного оптического кода, а значению «1» соответствует некоторый постоянный для всех разрядов уровень оптического сигнала Р Ф 0, причем Р1 = Р2 =... = Рп . Уровни единичных логических сигналов ВОЦАП могут устанавливаться разра-

ботчиком в зависимости от мощности источника излучения, энергетических потерь в оптической схеме и требований к соотношению сигнал/шум на входе фотоприемного устройства.

В качестве примера рассмотрим схему 4-каналь-ного устройства сбора информации на основе ВО-ЦАП, приведенную на рис. 1. Устройство содержит четыре передающих жгутовых световода 3 диаметром 2,5 мм и длиной 60 мм. Входы световодов 3 оптически связаны с полупроводниковыми светодиодами АЛ 107Б. Резисторы в цепях питания светодиодов подобраны так, что в каждый из световодов 3 вводится одинаковая оптическая мощность. Входной оптический код ВОЦАП задается путем замыкания и размыкания электронных ключей Кл1-Кл4 в цепях питания светодиодов. Элементы назначения веса (ЭНВ) реализованы на жгутовых световодах 4, аналогичных по геометрическим размерам световодам 3. Величины зазоров 80...83 между световодами 3 и 4 выбраны так, что коэффициенты передачи между соответствующими световодами находятся в соотношении 8-4-2-1. При этом максимальный коэффициент передачи соответствует нулевому зазору между верхними по схеме световодами.

Необходимые значения зазоров могут быть определены по экспериментальной характеристике Р(8), представленной на рис. 2. Выходные торцы световодов 4 оптически связаны с большим торцом фокона 5, который выполняет функцию сумматора оптических сигналов. Выходной (меньший) торец фокона подключен к общему световоду 6, с выхода которого снимается суммарный оптический сигнал, представляющий собой линейную ступенчатую функцию от входного оптического кода. После фотоусиления выходного сигнала ВОЦАП формируется пропорциональный электрический сигнал, который оцифровывается АЦП, при этом единичные сигналы этого кода однозначно соответствуют замкнутым ключам на входе устройства,

_Р

КЛ1 R

1 S, = 0 2

3 4

Рис. 1. Схема устройства сбора информации на основе ВОЦАП

Рис. 2. Экспериментальная характеристика Р

а нулевые - разомкнутым. Длина канала передачи в жгутовом исполнении может достигать нескольких десятков метров, а в моноволоконном - сотен метров.

Данное устройство сбора информации на основе ВОЦАП позволяет повысить помехозащищенность, имеет невысокую стоимость, простоту конструкции и габариты, совместимые с габаритами бинарных волоконно-оптических преобразователей. Поставленную задачу мы решили, заменив традиционные линии связи волоконно-оптическими линиями связи и проведя мультиплексирование с помощью ВОЦАП. Область применения устройств сбора информации на основе ВОЦАП не ограничивается рассмотренным выше примером.

Библиографические ссылки

1. Гречишников В. М., Конюхов Н. Е. Оптоэлек-тронные и цифровые датчики перемещений со втро-

енными волоконно-оптическими линиями связи. М. : Энергоатомиздат, 1992. 160 с.

2. Зеленский В. А., Гречишников В. М. Бинарные волоконно-оптические датчики в системах управления и контроля. Самара : Самарский научный центр РАН, 2006. 160 с. : ил.

References

1. Grechishnikov V. M., Konyuxov N. E., Optoelektronnye i cifrovye datchiki peremeshhenij so vtroennymi volokonno-opticheskimi liniyami svyazi. M. : Energoatomizdat, 1992. 160 p.

2. Zelenskij V. A. Grechishnikov V. M. Binarnye volokonno-opticheskie datchiki v sistemah upravlenja i kontrolja. Samara : Samarskij nauchnyj centr RAN, 2006 160 p. : il.

© Гречишников В. М., Теряева О. В, 2013

УДК 629.78.015

О НЕКОТОРЫХ АСПЕКТАХ МЕХАНИЧЕСКОГО АНАЛИЗА БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ

КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

С. В. Дмитриев1, А. С. Орлов2, С. А. Орлов2

1ОАО «Научно-производственная корпорация «Системы прецизионного приборостроения» Россия, 111250, г. Москва, ул. Авиамоторная, 53. E-mail: niipp@niipp-moskva.ru 2ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Россия, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52. E-mail: office@iss-reshetnev.ru

Рассматривается подход, позволяющий проводить оценку нагружения бортовой аппаратуры космических аппаратов на механические воздействия с использованием идеологии конечно-элементного моделирования, даются рекомендации по разработке конечно-элементных моделей оборудования.

Ключевые слова: конечно-элементная модель, бортовая аппаратура, вибрация, удар.

ON SOME ASPECTS OF SPACECRAFT ON-BOARD EQUIPMENT MECHANICAL ANALYSIS

S. V. Dmitriev1, A. S. Orlov2, S. A. Orlov2

1JSC PRC "Precision Systems and Instruments" 53, Aviamotornaia str., Moscow, 111250, Russia. E-mail: niipp@niipp-moskva.ru

2JSC "Academician M. F. Reshetnev "Information Satellite Systems" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russia. E-mail: office@iss-reshetnev.ru

An approach allowing to conduct evaluation of the spacecraft on-board equipment structural response to the mechanical loads on the basis of finite element modeling is presented; the recommendations on creation of the equipment finite element models are provided.

Keywords: finite element models, on board equipment, vibrations, shock.

В настоящее время сроки создания новых космических аппаратов (КА) не превышают 3-5 лет, что приводит к требованию о существенном сокращении сроков проектирования и изготовления бортовой аппаратуры (БА) КА. Для сокращения времени разработки БА необходимо максимальное использование численного моделирования на всех этапах проектиро-

вания и отработки аппаратуры. Для механического анализа используются хорошо себя зарекомендовавшие пакеты конечно-элементного моделирования (КЭМ): NASTRAN, DYTRAN и т. д. Обязательными видами воздействий, на которые проводится механический анализ, являются: модальный и квазистатический анализ, расчеты на гармоническую и широкопо-