ИМИТАТОР ТЕПЛОВЫХ ОБЪЕКТОВ

Имитатор тепловых объектов (полезная модель) относится к области оптоэлектронного приборостроения и предназначен для имитации режимов (сигнатур) излучения типовых объектов в процессе тестирования аппаратуры идентификации тепловых объектов или как учебно-тренировочное оборудование.
i
Известно техническое решение [1] (“Имитатор тепловых объектов”, патент №150881). предназначенный для имитации режимов (сигнатур) излучения типовых объектов. Имитатор содержит: оптический излучатель; пульт управления с возможностью включения программ имитации N типового объекта; микроконтроллер с возможностью записи кодов сигнатур N объектов; цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и блок преобразователей «напряжение-ток» (ПНТ), при этом пульт управления через последовательно соединённые микроконтроллер, цифровой аналоговый преобразователь и блок преобразователей «напряжение-ток» соединён со входом оптического излучателя.
Недостатком известного технического решения [1] является нелинейность зависимости мощности излучения диодного оптического излучателя от тока [2] (Игнатов А.Н. “Оптоэлектронные приборы и устройства: Учеб. пособие. - М.: Эко-Трендз, 2006 г., стр. 91.)” и, как следствие, искажение исходного соотношения амплитуд элементов сигнатуры имитируемого объекта, а также возможны потери некоторых элементов сигнатуры с малыми амплитудами.
Целью создания полезной модели является повышение достоверности воспроизведения соотношения амплитуд элементов сигнатуры имитируемого типового объекта за счет введения устройства коррекции коэффициента передачи элементов сигнатур.
Указанная цель достигается введением в известное техническое решение устройства амплитудной коррекции коэффициента передачи элементов сигнатуры имитируемого объекта с возможностью обеспечения исходного соотношения мощности светового потока элементов сигнатуры на выходе оптического излучателя.
i
Имитатор тепловых объектов отличается от известного технического решения, содержащего: источник оптического излучения, блок преобразователей «напряжение-ток», выход которого соединен со входом источника оптического излучения; цифровой аналоговый преобразователь; микроконтроллер с возможностью записи кодов сигнатур N объектов и пульт управления, с возможностью включения программ имитации N типового объекта, выход которого через микроконтроллер соединен со входом цифрового аналогового преобразователя, тем, что выход цифрового аналогового преобразователя соединен со входом блока преобразователей «напряжение-ток» через дополнительно введенное устройство коррекции выходной мощности имитатора с возможностью обеспечения “линейной зависимости” между выходной мощностью и амплитудой элементов сигнатуры.
Сущность полезной модели поясняется рисунками фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3.
мВт
мВт
На фиг. 1 приведена схема имитатора тепловых объектов. На фиг. 2 показана характерная зависимость коэффициента передачи Кп устройства коррекции от уровня входного сигнала. На фиг. 3 - зависимость мощности светового потока Ф оптического излучателя 5 от амплитуды элементов сигнатуры с учетом характеристики коэффициента передачи введенного устройства коррекции (“б”) и зависимость мощности светового потока Ф [2] при отсутствии устройства коррекции (“в”).
а
c
с max
На фиг. 1 приняты следующие условные обозначения: 1 - пульт управления; 2 - микроконтроллер; 3 - цифровой аналоговый преобразователь; 4 - блок преобразователей «напряжение-ток»; 5 - источник оптического излучения; 6 - устройство коррекции; ПК - персональный компьютер; “” - амплитудно-временная диаграмма сигнатуры U(t) с характерными точками 1,2, …5. Точка 4 на диаграмме соответствует элементу сигнатуры с максимальным уровнем - U.
i
4
max
а
а
Работа устройства (фиг. 1) заключается в следующем. С персонального компьютера (ПК) предварительно осуществляется запись цифровых кодов сигнатуры N типовых объектов в постоянно-запоминающее устройство микроконтроллера (2). В режиме имитации излучения (сигнатуры) N типового объекта в процессе тестирования аппаратуры по команде с пульта управления (1) инициируется соответствующей код сигнатуры Ni объекта. С выхода микроконтроллера (2) выбранная “сигнатура” в цифровой форме подается на вход преобразователя «ЦАП» (3) и далее в аналоговом виде диаграмма (“” на фиг.1) поступает на вход устройства коррекции (6), коэффициент передачи Кп которого зависит от уровня элементов сигнатур (фиг. 2). При этом коэффициент передачи для элемента сигнатуры в точке 4 (максимальный уровнем Uс max. (фиг. 1)) Кп=1, а для элементов сигнатур с уровнями ниже U коэффициент передачи Кп устройства коррекции изменяется в пределах от 1,5…2 до 1, что позволяет компенсировать эффект нелинейности мощности излучения полупроводниковых оптических излучателей (фиг. 3б, в,) и, соответственно, повысить достоверность воспроизведения соотношения амплитуд элементов сигнатуры имитируемого типового объекта.
f
Устройство коррекции с коэффициентом передачи Кп, зависящим от уровня входного напряжения (зависимость Кп=(U) на фиг. 2) может быть реализовано, например, по известной схеме логарифмического усилителя [3] (Михалев П. Микросхемы логарифмических усилителей традиционной схемотехники // Компоненты и технологии №8, 2008 г., С. 51).
D
f
На фиг. 4 приведена одна из возможных схем устройства коррекции, а на фиг. 5 - характерная зависимость напряжения на полупроводниковом диоде от тока (U=(I)).
вх
вых
D
D
D мах
D. мах
с max
a
На фиг. 4 и фиг. 5 приняты следующие условные обозначения: 7 - преобразователь напряжения-ток устройства коррекции, ПНТ-К; 8 - операционный усилитель, У; D - диод полупроводниковый; R1, R2 - резисторы, определяющие коэффициент усиления операционного усилителя R1\R2; R* - резистор для корректировки зависимости напряжения на диоде (при необходимости); U, U - входное и выходное напряжения устройства коррекции; U - напряжение на диоде; I - ток диода; U,  I - максимальные значения напряжения и тока полупроводникового диода (D), соответствующие уровню элемента сигнатуры в точке 4 с максимальным уровнем U. (фиг. 1).
вх
с max
мВт
а
Работа устройства коррекции (фиг. 4) заключается в следующем. Входное напряжение U поступает на преобразователь ПНТ-К (7) и далее на диод D, напряжения (фиг. 5), c которого усиливается в усилителе 8. Очевидно, для элемента сигнатуры в точке 4 (максимальный уровнем U. (фиг. 1)) усилитель 8 должен обеспечить коэффициент передачи корректора Кп=1. Для выполнения указанного условия коэффициент усиления: . При этом, для остальных элементов сигнатуры коэффициент передачи устройства будет определяться вольт-амперной характеристикой полупроводникового диода и усилителем 8. В результате, коэффициент передачи Кп соответствует характеру зависимости на фиг. 2, а зависимость мощности светового потока Ф оптического излучателя от амплитуды элементов сигнатуры с учетом характеристики коэффициента передачи введенного устройства коррекции приближена к линейной зависимости (фиг. 3б).
Практическое устройство реализуется на основе ультрафиолетового диода UVTOP280HS или инфракрасного диода АЛ164 Г5, в зависимости от диодов источника излучения, а также стандартных радиотехнических компонентов.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент № 150881 от 02.02.2015 г., Имитатор тепловых объектов, Перцович А.С., Бутузов В.В., Скворцов Б.В., Носиков В.А., Ершова Т.А. (Прототип).
2. Игнатов А.Н. Оптоэлектронные приборы и устройства: Учеб. пособие. - М.: Эко - Трендз, 2006 г., стр. 91.
3. Михалев П. Микросхемы логарифмических усилителей традиционной схемотехники // Компоненты и технологии №8, 2008 г., С. 51-53.
4. Величко Д.В., Губанов В.Г. Полупроводниковые приборы и устройства: Учеб. пособие - Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2006 г., стр. 49-51.
5. Кисель В.А. Аналоговые и цифровые корректоры: Справочник. -М.: Радио и связь, 1986 г.
6. Мамий А.Р., Тлячев В.Б. Операционные усилители. - Майкоп: АГУ, 2005 г.