Вимірювальний комплекс для випробувань електричних систем ракети

Реферат: Вимірювальний комплекс для випробувань електричних систем ракети містить генератор випробувальних нормованих перешкод, приймальну антену, зв'язану з вимірювачем напруженості електричного поля, лінію зв'язку, з'єднану з системою ракети через узгоджувально-перетворюючий пристрій. Генератор випробувальних нормованих перешкод виходом через лінію зв'язку з'єднаний з входом узгоджувально-перетворюючого пристрою, котрий виходом з'єднаний з системою ракети. UA 92899 U (12) UA 92899 U UA 92899 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до ракетно-космічної галузі, а саме - до наземного обладнання, і може використовуватися для забезпечення електромагнітної сумісності (ЕМС) електричних систем ракети. Відомим є пристрій для визначення захищеності електричних ланцюгів під час випробувань систем ракети від дії зовнішніх електромагнітних полів (ЕМП), де застосовуються потужні випромінюючі засоби для створення високих ЕМП з нормованими величинами електричної складової (див. стандарт MIL-STD-462D 1993, США, ERA Technology Report 94-0049 "Automative Electromagnetic Compatibility", - С. 104-113). Ці поля діють на електричні ланцюги систем, що підлягають випробуванням, а наведений у елементах ланцюгів струм визначається різними вимірювальними засобами. Випробування проводяться як на відкритих полігонах, так і у закритих екранованих камерах без луни з дорогим обладнанням. Як джерела ЕМП звичайно використовують штатні зразки - радіолокаційні станції, радіостанції і спеціальні генератори. На фіг. 1 наведена схема подібного пристрою, що містить об'єкт випробувань РО, генератор випробувальних перешкод G, антену А, вимірювач напруженості поля ME, приймальну антену FS, розташовану у безпосередній близькості до об'єкту випробувань РО, узгоджувальноперетворюючий пристрій SP, лінію зв'язку з об'єктом W, що випробують, прилад контролю U і приміщення з екранованими стінами SW. Електронні промислові пристрої звичайно зазнають дії тривалих і короткочасних ЕМП з частотою мережі, обумовлених робочими режимами електроенергетичного обладнання, аварійними режимами, імпульсних полів, котрі створюються, наприклад, блискавкою, струмом короткого замикання, високочастотних затухаючих полів (під час роботи роз'єднувачів), високочастотних ЕМП, котрі випромінюють радіо- і телепередавачами, радіо- переговорними пристроями, засобами радіокерування, електротехнічними пристроями. Для перевірки приладів на завадостійкість від вказаних дій пристрій, наведений на фіг. 1, працює наступним чином. Випробувальні нормовані перешкоди заданої величини (контрольовані антеною FS) створюються генератором G з антеною А. Тип застосованих генераторів і антен залежить від виду випробувальної перешкоди (генератори перешкод у ближній і дальній зоні, високочастотні або імпульсні, антени біконічні, конічні, логарифмічні, рамочні). Величина електричної рухомої сили (ЕРС), наведеної у досліджуваному ланцюгу системи через узгоджувальноперетворюючий пристрій SP, по лінії зв'язку W надходять на прилад контролю U. Оцінка результатів випробувань виконується шляхом порівняння наведеного і допустимого струму у елементі системи, що випробують. Недоліком відомого пристрою є його низькі експлуатаційні якості, такі як: - проведення випробувань пов'язане зі створенням потужних ЕМП з напруженістю до 1500 В/м у частотному діапазоні до 10 ГГц, які створюють небезпеку для здоров'я людей і навколишнього середовища; - створення і використання полігонів, споруд і камер, залучення коштовного обладнання потребують значних капітальних вкладень і експлуатаційних витрат; - процеси підготовки і проведення випробувань є досить трудомісткі і тривалі; - під час проведення випробувань забезпечується лише підсумкове разове отримання результатів випробувань на вже створеному зразку, в основному з констатацією факту його нормального або ненормального функціонування при дії заданого ЕМП без можливості аналізу кількісних значень параметрів, що характеризують стійкість, і без визначення конкретної області на поверхні об'єкту або конструктивного вузла, що потребує додаткового захисту або доробки; - неможливість проведення випробувань об'єктів в умовах експлуатації, під час роботи у складі комплексу, у реальній електромагнітній обстановці, з урахуванням процесів природного старіння і під час модернізації. Найближчим до запропонованого по технічному рішенню є вибраний як прототип вимірювальний комплекс для випробувань електричних систем ракети, який описаний у книзі (Хабигер Э. "Электромагнитная совместимость. Основы ее обеспечения в технике", М, "Энергоатомиздат", 1995, - С. 200-202). Вказаний комплекс містить генератор випробувальних нормованих перешкод, приймальну антену, зв'язану з вимірювачем напруженості електричного поля, лінію зв'язку, з'єднану з системою ракети через узгоджувально-перетворюючий пристрій. Відомий комплекс забезпечує екологічну безпечність випробувань, підвищення їх економічності і мобільності, можливість багаторазових випробувань об'єктів у звичайних лабораторних і виробничих умовах, у тому числі на ранніх стадіях розробки об'єктів, отримання кількісних значень параметрів, що характеризують електромагнітну стійкість, для аналізу і прийняття рішення щодо усунення знайдених дефектів функціонування об'єктів. Недоліком відомого комплексу є його невисокі експлуатаційні якості, такі як: 1 UA 92899 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - не передбачені заходи по гарантованій перешкодозахищеності вимірювань в умовах інтенсивних зовнішніх перешкод, що характерно для більшості умов експлуатації; - не вирішені у повному обсязі питання проведення випробувань об'єктів, які знаходяться у "гарячому" стані, тобто які функціонують у заданих режимах роботи; - не повністю вирішена задача автоматизації процесу випробувань у вигляді єдиної комплексної системи, що особливо важливо для об'єктів, які мають протяг, складну конфігурацію поверхонь і велику кількість ланцюгів, чутливих до дії ЕМП. В основу корисної моделі поставлена задача створення удосконаленої конструкції вимірювального комплексу для випробувань електричних систем ракети, яка б дозволила забезпечити підвищення його експлуатаційних якостей шляхом уведення в нього нових елементів і технічних рішень, таких як: - генератор випробувальних нормованих перешкод виходом через лінію зв'язку з'єднується з входом узгоджувально-перетворюючого пристрою, котрий виходом з'єднується з системою ракети, що дозволяє в якості випромінювача використовувати досліджуваний ланцюг системи, що випробують; - наявність перетворювача випробувальних нормованих перешкод, входом з'єднаний з виходом генератора випробувальних нормованих перешкод, а виходом через лінію зв'язку - з входом узгоджувально-перетворюючого пристрою, при цьому узгоджувально-перетворюючий пристрій і перетворювач випробувальних нормованих перешкод виконуються відповідно у вигляді оптоелектронного і електронно-оптичного перетворювачів, а лінія зв'язку виконується у вигляді оптичного кабелю, що дозволяє утворити два окремих канали - канал збудження і вимірювальний канал, які здійснюють гальванічну розв'язку між системою, що випробують, і вимірювальною апаратурою; - узгоджувально-перетворюючий пристрій, лінія зв'язку і генератор випробувальних нормованих перешкод виконані відповідно у вигляді оптоелектронного пристрою, оптичного кабелю і джерела світла з модуляцією світлового потоку, що дозволяє визначати наведений струм у ланцюгу системи вимірюванням і порівнянням його з заданою нормативною напруженістю зовнішнього ЕМП. Поставлена задача вирішується таким чином, що у запропонованому вимірювальному комплексі для випробувань електричних систем ракети, який містить генератор випробувальних нормованих перешкод, приймальну антену, зв'язану з вимірювачем напруженості електричного поля, лінію зв'язку, з'єднану з системою ракети через узгоджувально-перетворюючий пристрій, в ньому генератор випробувальних нормованих перешкод виходом через лінію зв'язку з'єднаний з входом узгоджувально-перетворюючого пристрою, котрий виходом з'єднаний з системою ракети. Він споряджений перетворювачем випробувальних нормованих перешкод, входом з'єднаний з виходом генератора випробувальних нормованих перешкод, а виходом через лінію зв'язку - з входом узгоджувально-перетворюючого пристрою, при цьому узгоджувальноперетворюючий пристрій і перетворювач випробувальних нормованих перешкод виконані відповідно у вигляді оптоелектронного і електронно-оптичного перетворювачів, а лінія зв'язку виконана у вигляді оптичного кабелю. Узгоджувально-перетворюючий пристрій, лінія зв'язку і генератор випробувальних нормованих перешкод виконані відповідно у вигляді оптоелектронного пристрою, оптичного кабелю і джерела світла з модуляцією світлового потоку. Для пояснення конструкції комплексу і його роботи додаються креслення та його детальний опис. На кресленнях зображено: - на фіг. 2 - принципова схема комплексу. Запропонований комплекс містить об'єкт випробувань (систему ракети) РО, узгоджувальноперетворюючий пристрій SP, генератор G випробувальних перешкод, приймальну антену FS, розташовану у безпосередній близькості до системи РО, що випробують, вимірювач ME напруженості поля, лінію зв'язку W, перетворювач РР на виході генератора G. Генератор G через лінію зв'язку W з'єднаний зі входом узгоджувально-перетворюючого пристрою SP, котрий безпосередньо зв'язаний з ланцюгом системи РО, що випробують. На виході генератора G введений перетворювач РР, який своїм виходом через лінію зв'язку W з'єднаний зі входом узгоджувально-перетворюючого пристрою SP, причому перетворювач РР і пристрій SP виконані у вигляді електронно-оптичного і оптоелектронного перетворювача відповідно, а лінія зв'язку виконана у вигляді оптичного кабелю. Таке виконання забезпечує гальванічну розв'язку і усуває вплив кабелів, що підводять, на результати випробувань. Генератор G може виконуватися у вигляді джерела світла з відповідною модуляцією світлового потоку і з'єднаний своїм виходом з узгоджувально-перетворюючим пристроєм SP 2 UA 92899 U 5 10 15 20 25 30 35 40 через лінію зв'язку W, які виконані у вигляді оптоелектронного блока і оптичного кабелю відповідно. Кожен канал комплексу містить електронно-оптичний і оптоелектронний перетворювачі, з'єднані оптичними кабелями. Робота запропонованого комплексу здійснюється наступним чином. Генератор G (джерело сигналу для збудження електричного ланцюга) виробляє електричний струм, модульований щодо амплітуди з частотою зовнішнього ЕМП з нормованою електричною складовою напруженості Ен, котрий по кабелю W подають в узгоджувальноперетворюючий пристрій SP з вихідним опором Rвиx, що дорівнює опору елемента електричної системи РО, що досліджують. Напруга на вихідному резисторі з частотою модуляції збуджує досліджуваний електричний ланцюг, котрий створює у вільному просторі напруженість ЕМП з електричною складовою Ео. Величину Ео вимірюють за допомогою приймальної антени FS і вимірювача ME, за який використовують стандартну вимірювальну апаратуру. Електрична складова Ео створює на резисторі входу Rвx струм Ін=U/Rвx, де U - напруга, яку виміряли на вході вимірювача ME. Параметри ЕМП, що виміряли у вільному просторі, дозволяють розрахунковим шляхом визначити ступінь захищеності електричного ланцюга. Наприклад, під час випробувань на високочастотні ЕМП ступінь захищеності від їх дії М можна визначити як M=Eн·U/(Iн·Eo·Rвx)=1, де Ен - нормативна величина напруженості ЕМП; U - напруга, що вимірюють на вході вимірювача ME; Ін - нормативна величина допустимого значення струму електричного ланцюга; Ес - вимірювальна величина напруженості ЕМП, яка випромінюється електричним ланцюгом у вільний простір; Rbx - вхідний опір вимірювача ME. Крім того, особливість комплексу полягає в тому, що для усунення впливу лінії зв'язку W для збудження досліджуваного ланцюга сигнали генератора G перетворюють електронно-оптичним перетворювачем РР, світловий потік проходить по лінії зв'язку W, виконаної у вигляді оптичного кабелю, і перетворюється оптоелектронним пристроєм SP. У вимірювач ME вводять вимірювальний блок, який при переміщенні приймальної антени FS вздовж ланцюга формує частотно-просторову картину ЕМП у вільному просторі. При застосуванні як генератора G джерела світла з модуляцією світлового потоку, модульований з частотою зовнішнього ЕМП світловий потік надходить по оптичному кабелю W до оптоелектронного пристрою SP, перетворюється у електричний струм, який збуджує випробувальний ланцюг системи РО. Під час роботи комплексу сигнали, які збуджуються генератором G, малопотужні. Напруженість, що збуджує комплекс, не перевищує 0,2 В/м і не робить шкідливого впливу на людину і навколишнє середовище. Аналіз електромагнітного стану виконується за патентом РФ № 2.311.657, МПК G01S 7/285, Н04В 1/10, 2011 р. Перешкодостійкість (завадостійкість) антени забезпечується за патентом України № 72883, МПК B64G 3/00, 2012 р. Таким чином, запропонований комплекс, який має просту і надійну конструкцію, дозволяє забезпечити автоматизацію процесу випробувань при підвищенні перешкодозахищеності, об'єктивної достовірності і оперативності вимірювань. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 1. Вимірювальний комплекс для випробувань електричних систем ракети, що містить генератор випробувальних нормованих перешкод, приймальну антену, зв'язану з вимірювачем напруженості електричного поля, лінію зв'язку, з'єднану з системою ракети через узгоджувально-перетворюючий пристрій, який відрізняється тим, що генератор випробувальних нормованих перешкод виходом через лінію зв'язку з'єднаний з входом узгоджувально-перетворюючого пристрою, котрий виходом з'єднаний з системою ракети. 2. Вимірювальний комплекс за п. 1, який відрізняється тим, що він споряджений перетворювачем випробувальних нормованих перешкод, входом з'єднаним з виходом генератора випробувальних нормованих перешкод, а виходом через лінію зв'язку - з входом узгоджувально-перетворюючого пристрою, при цьому узгоджувально-перетворюючий пристрій і перетворювач випробувальних нормованих перешкод виконані відповідно у вигляді оптоелектронного і електронно-оптичного перетворювачів, а лінію зв'язку виконана у вигляді оптичного кабелю. 3. Вимірювальний комплекс за п. 1, який відрізняється тим, що узгоджувально-перетворюючий пристрій, лінія зв'язку і генератор випробувальних нормованих перешкод виконані відповідно у 3 UA 92899 U вигляді оптоелектронного пристрою, оптичного кабелю і джерела світла з модуляцією світлового потоку. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4