Вимірювальний комплекс для випробувань електричних систем ракети

Реферат: Вимірювальний комплекс для випробувань електричних систем ракети містить генератор випробувальних перешкод, один з виходів котрого з'єднаний випробувальною лінією зв'язку зі входом системи ракети, а другий за допомогою лінії зв'язку - з одним із входів вимірювальнообчислювального пристрою, а також приймальну антену, з'єднану вимірювальною лінією зв'язку з другим входом вимірювально-обчислювального пристрою, з'єднаного, у свою чергу, за допомогою лінії зворотного зв'язку з генератором випробувальних перешкод. Випробувальна лінія зв'язку виконана у вигляді узгоджувально-перетворюючого пристрою, котрий містить послідовно з'єднані кодовий модулятор, електронно-оптичний перетворювач і оптикоелектронний перетворювач, а при проходженні електричного кодованого сигналу з приймальної антени він перетворюється у оптичний і після зворотного перетворення надходить на декодер, встановлений на вході вимірювально-обчислювального пристрою, при цьому кодовий модулятор з'єднаний з вимірювально-обчислювальним пристроєм. UA 82400 U (12) UA 82400 U UA 82400 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 стійкості електричних систем ракети до дії зовнішніх електромагнітних полів [див. стандарт MIL-STD-462D 1993р., США, ERA Technology Report 940049 "Automative Electromagnetic Compatibility", с. 104-113; а також книгу Хабигер Э. Электромагнитная совместимость. Основы ее обеспечения в технике. - М.: Энергоатомиздат, 1995. - С. 202-220], де застосовуються потужні випромінюючі засоби для створення високих електромагнітних полів (ЕМП) з нормованими величинами електричних складових. Ці поля діють на електричні ланцюги систем, що підлягають випробуванням, а результати випробувань оцінюються по збереженню їх працездатності і при необхідності додатково визначається наведений у елементах ланцюгів струм різними вимірювальними засобами. Випробування проводяться як на спеціальних відкритих вимірювальних майданчиках полігонів, так і у закритих екранованих камерах без луни з дорогим обладнанням. Як джерела ЕМП звичайно застосовуються штатні зразки радіостанцій, радіолокаційних установок і спеціальні генератори з підсилювачами і опромінюючим обладнанням. На фіг. 1 наведена схема подібного пристрою, що містить об'єкт випробувань РО, генератор випробувальних перешкод G, випромінюючу антену А, приймальну антену FS, розташовану у випробувальній зоні або у безпосередній близькості до об'єкту випробувань, вимірювач напруженості поля ME, перетворюючий пристрій SP, вимірюючу лінію зв'язку з об'єктом W, що випробують, прилад контролю U і екрановане приміщення або полігонний вимірювальний майданчик SW. За допомогою генератора G і випромінюючої антени А, встановленої на відстані L від об'єкту РО, створюється ЕМП з напруженістю заданої величини Ен, яка контролюється за допомогою приймальної антени FS, з'єднаної з вимірювачем напруженості поля ME. У досліджуваний електричний ланцюг об'єкту на місце штатного елемента, що підлягає дії ЕМП, встановлюється перетворюючий пристрій SP, відтарований щодо струму. З його виходу електрична рушійна сила (ЕРС), пропорційна наведеному струму, по вимірювальній лінії зв'язку W надходить на прилад контролю U, де фіксується і порівнюється з допустимим струмом штатного елемента. При відсутності вимірювання SP-W-U результати випробувань оцінюються по збереженню об'єктом якості функціонування у діапазоні режимів роботи при опроміненні його ЕМП з напруженістю Ен. 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 дорогого 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 створенному зразку, в основному з констатацією факта його нормального або ненормального функціонування при дії заданного 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 патенті РФ № 2.118.475, МПК G12B17/02, G01R31/00, 1998 р. Вказаний комплекс містить генератор випробувальних перешкод, один з виходів котрого з'єднаний випробувальною лінією зв'язку зі входом об'єкту випробувань (системи ракети), а другий за допомогою лінії зв'язку - з одним із входів вимірювально-обчислювального пристрою, а також приймальну антену, з'єднану вимірювальною лінією зв'язку з другим входом вимірювально-обчислювального пристрою, з'єднаного, у свою чергу, за допомогою лінії зворотного зв'язку з генератором випробувальних перешкод, при цьому випробувальна лінія зв'язку виконана у вигляді оптичного кабелю і споряджена електронно-оптичним перетворювачем і оптоелектронним перетворювачем у складі узгоджувально-перетворюючого пристрою. У відомому комплексі електричний ланцюг, що досліджують, збуджується нормованими сигналами генератора випробувальних перешкод з частотою заданого зовнішнього ЕМП і 1 UA 82400 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 створює у вільному просторі навколо об'єкту випробувань поле напруженістю з електричною складовою, яка у всіх режимах випробувань не перевищує рівень 0,2 В/м, завдяки чому забезпечується гарантована екологічна безпека під час проведення випробувань. Величина електричної складової вимірюється за допомогою приймальної антени і вимірювальнообчислювального пристрою. Параметри ЕМП, що виміряли у вільному просторі, дозволяють отримати просторовочастотну характеристику, розрахунковим шляхом визначити ступінь стійкості досліджуваних електричних ланцюгів до дії заданих високочастотних, а також імпульсних ЕМП, використовуючи при цьому інформацію, котра передається по лінії зв'язку з виходу генератора випробувальних перешкод на вхід вимірювально-обчислювального пристрою і по лінії зворотного зв'язку між ними. 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: - 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 процессу 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: - випробувальна лінія зв'язку виконується у вигляді узгоджувально-перетворюючого пристрою, котрий містить послідовно з'єднані кодовий модулятор, електронно-оптичний перетворювач і оптико-електронний перетворювач, а при проходженні електричного кодованого сигналу з приймальної антени він перетворюється у оптичний і після зворотного перетворення надходить на декодер, встановлений на вході вимірювально-обчислювального пристрою, при цьому кодовий модулятор з'єднується з вимірювально-обчислювальним пристроєм, що дозволяє проведення випробувань об'єктів у робочих режимах функціонування і в умовах експлуатації при збереженні екологічної безпеки, економічності і мобільності випробувань; - приймальна антена встановлюється на скануючому пристрої, з'єднаному лінією керування з вимірювально-обчислювальним пристроєм, що дозволяє проведення багаторазових випробувань об'єктів у звичайних лабораторних і виробничих умовах з комплексною оцінкою стійкості об'єктів до дії зовнішніх радіочастотних і імпульсних ЕМП. Поставлена задача вирішується таким чином, що у запропонованому вимірювальному комплексі для випробувань електричних систем ракети, який містить генератор випробувальних перешкод, один з виходів котрого з'єднаний випробувальною лінією зв'язку зі входом системи ракети, а другий за допомогою лінії зв'язку - з одним із входів вимірювально-обчислювального пристрою, а також приймальну антену, з'єднану вимірювальною лінією зв'язку з другим входом вимірювально-обчислювального пристрою, з'єднаного, у свою чергу, за допомогою лінії зворотного зв'язку з генератором випробувальних перешкод, в ньому випробувальна лінія зв'язку виконана у вигляді узгоджувально-перетворюючого пристрою, котрий містить послідовно з'єднані кодовий модулятор, електронно-оптичний перетворювач і оптико-електронний перетворювач, а при проходженні електричного кодованого сигналу з приймальної антени він перетворюється у оптичний і після зворотного перетворення надходить на декодер, встановлений на вході вимірювально-обчислювального пристрою, при цьому кодовий модулятор з'єднаний з вимірювально-обчислювальним пристроєм. Приймальна антена встановлена на скануючому пристрої, з'єднаному лінією керування з вимірювальнообчислювальним пристроєм. 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 генератор випробувальних перешкод 1, один з виходів якого з'єднаний випробувальною лінією зв'язку 2 з входом об'єкту випробувань 3 (електричної 2 UA 82400 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 системи або прилада), а другий за допомогою лінії зв'язку 4 - з входом вимірювальнообчислювального пристрою 5. Випробувальна лінія зв'язку 2 виконана у вигляді оптичного кабелю і споряджена електронно-оптичним перетворювачем 6 і оптоелектронним перетворювачем 7 у складі узгоджувально-перетворюючого пристрою 8. На випробувальній лінії зв'язку 2 у складі узгоджувально-перетворюючого пристрою 8 встановлений кодовий модулятор 9, підключений до виходу генератора випробувальних перешкод 1. Кодовий модулятор 9 з'єднаний лінією 10 з вимірювально-обчислювальним пристроєм 5, котрий у свою чергу з'єднаний лінією зворотного зв'язку 11 з генератором випробувальних перешкод 1. Приймальна антена 12 встановлена на скануючому пристрої 13 і з'єднана вимірювальною лінією зв'язку 14 з вимірювально-обчислювальним пристроєм 5. Вимірювальна лінія зв'язку 14 виконана аналогічно випробувальній лінії зв'язку 2 у вигляді оптичного кабелю і споряджена декодером 15, підключеним до входу вимірювально-обчислювальною пристрою 5. Скануючий пристрій 13 з'єднаний лінією керування 16 з вимірювально-обчислювальним пристроєм 5. Робота запропонованого комплексу здійснюється наступним чином. Спочатку у заданому частотному діапазоні при вимкненому генераторі випробувальних перешкод 1 за програмою вимірюють за допомогою приймальної антени 12 і вимірювальної лінії зв'язку 14 ЕМП навколишнього середовища і зовнішнє просторове поле працюючого об'єкту випробувань 3 Е. Цю інформацію, яку накопичили у вимірювально-обчислювальному пристрої 5, спорядженим єдиним програмно-математичним забезпеченням, враховують при наступних випробуваннях і можуть враховувати самостійно для оцінки ВМС. Генератор випробувальних перешкод 1 може бути виконаний або у вигляді джерела електричного струму, модульованою по амплітуді з частотою зовнішнього ЕМП з нормативною електричною складовою напруженості, або у вигляді джерела світла з відповідною модуляцією світлового потоку. При вмиканні генератора випробувальних перешкод 1 вироблені ним стимул-сигнали у діапазоні частот заданого зовнішнього ЕМП по випробувальній лінії зв'язку 2 подають у досліджуваний ланцюг об'єкту випробувань 3 і одночасно по лінії зв'язку 4 у вимірювальнообчислювальний пристрій 5. Для забезпечення гальванічної розв'язки і усунення впливу підвідних кабелів на результати випробувань, випробувальна лінія зв'язку 2 виконана у вигляді оптичною кабелю і відповідними електронно-оптичним 6 і оптоелектронним 7 перетворювачами у складі узгоджувально-перетворюючого пристрою 8. Електричні стимул-сигнали, що виробляє генератор випробувальних перешкод 1, перетворюються у кодовому модуляторі 9, котрий встановлений на виході останнього і входить у склад узгоджувально-перетворюючого пристрою 8, у кодовані модульовані сигнали, котрі по лінії зв'язку 10 надходять у вимірювально-обчислювальний пристрій 5, а по випробувальній лінії зв'язку 2 за допомогою електронно-оптичного перетворювача 6 перетворюються в оптичні модульовані сигнали, а потім за допомогою оптоелектронного перетворювача 7 виконують зворотне перетворення сигналів. Вказані сигнали збуджують кожний з досліджуваних електричних ланцюгів об'єкту випробувань 3, котрий створює у вільному просторі навколо об'єкту випробувань 3 ЕМП з відповідною напруженістю Е, що сприймається і перетворюється у електричний кодований сигнал приймальної антени 12. Через те, що приймальна антена 12 встановлена на програмно-керованим від вимірювально-обчислювального пристрою 5 скануючому пристрої 13, забезпечується отримання просторово-частотної характеристики об'єкту випробувань 3 при збудженні кожного його ланцюга, з числа вибраних для дослідження. Електронний кодований сигнал з приймальною антеною 12 по вимірювальній лінії зв'язку 14 надходить у вимірювально-обчислювальний пристрій 5. Вимірювальна лінія зв'язку 14 виконана аналогічно випробувальній лінії зв'язку 2 і при проходженні по ній електричного кодованого сигналу він перетворюється у оптичний і після зворотного перетворення надходить на декодер 15, де декодується з виділенням сигналу, котрий сприймається вимірювально-обчислювальним пристроєм 5. У вимірювально-обчислювальному пристрої 5 на основі отриманої сукупності інформації виконують необхідні розрахунки, оброблення і аналіз інформації, здійснюють керування режимами роботи генератора випробувальних перешкод 1 по лінії зворотного зв'язку 11, визначають найбільш чутливий ланцюг об'єкту випробувань 3, його повну просторово-частотну характеристику і дають оцінку стійкості об'єкту випробувань 3 по відношенню до заданих зовнішніх радіочастотних і імпульсних полів з відображенням і документуванням результатів випробувань, а також з загальним висновком і рекомендаціями. Запропонований комплекс може застосовуватися на ракетному комплексі за патентом України № 75139u, МПК B64G 5/00, В63В 1/00, 2012 р. для випробувань як електричних систем ракети, так і електричних систем наземного технологічного обладнання. 3 UA 82400 U Таким чином, запропонований комплекс, який має просту і надійну конструкцію, дозволяє забезпечити автоматизацію процесу випробувань при підвищенні перешкодозахищеності, об'єктивної достовірності і оперативності вимірювань. 5 10 15 20 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Вимірювальний комплекс для випробувань електричних систем ракети, що містить генератор випробувальних перешкод, один з виходів котрого з'єднаний випробувальною лінією зв'язку зі входом системи ракети, а другий за допомогою лінії зв'язку - з одним із входів вимірювальнообчислювального пристрою, а також приймальну антену, з'єднану вимірювальною лінією зв'язку з другим входом вимірювально-обчислювального пристрою, з'єднаного, у свою чергу, за допомогою лінії зворотного зв'язку з генератором випробувальних перешкод, який відрізняється тим, що випробувальна лінія зв'язку виконана у вигляді узгоджувальноперетворюючого пристрою, котрий містить послідовно з'єднані кодовий модулятор, електроннооптичний перетворювач і оптико-електронний перетворювач, а при проходженні електричного кодованого сигналу з приймальної антени він перетворюється у оптичний і після зворотного перетворення надходить на декодер, встановлений на вході вимірювально-обчислювального пристрою, при цьому кодовий модулятор з'єднаний з вимірювально-обчислювальним пристроєм. 2. Вимірювальний комплекс за п. 1, який відрізняється тим, що приймальна антена встановлена на скануючому пристрої, з'єднаному лінією керування з вимірювальнообчислювальним пристроєм. 4 UA 82400 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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 5