RU2077705C1 - Simulator of optical source - Google Patents
Simulator of optical source Download PDFInfo
- Publication number
- RU2077705C1 RU2077705C1 RU94040652/25A RU94040652A RU2077705C1 RU 2077705 C1 RU2077705 C1 RU 2077705C1 RU 94040652/25 A RU94040652/25 A RU 94040652/25A RU 94040652 A RU94040652 A RU 94040652A RU 2077705 C1 RU2077705 C1 RU 2077705C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- emitter
- output
- heater
- temperature
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
- Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)
- Control Of Resistance Heating (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области контрольно-измерительной аппаратуры и может быть использовано в качестве аналога источника оптического излучения при отработке параметров и оценке функционирования оптико-электронных приборов (ОЭП), в частности оптико-электронных следящих систем (ОЭСС), в отношении точности слежения и степени помехозащищенности. The present invention relates to the field of instrumentation and can be used as an analogue of the source of optical radiation when testing parameters and evaluating the functioning of optoelectronic devices (OED), in particular optoelectronic tracking systems (OECS), in terms of tracking accuracy and degree noise immunity.
Как известно, для ОЭСС, чувствительных в ближней области инфракрасного диапазона, используются источники теплового излучения, генерирующие его при нагреве твердых тел или при сгорании какого-либо вещества. Известен ряд устройств, выполненных на основе нагрева твердых тел. As you know, for OECS sensitive in the near infrared range, thermal radiation sources are used that generate it when heating solids or during the combustion of a substance. A number of devices are known based on the heating of solids.
В принципе, источники излучения посредством нагрева можно разделить на две большие группы:
а) устройства в виде замкнутых подогреваемых полостей с излучающим отверстием малого диаметра;
б) устройства в виде подогреваемых излучающих поверхностей.In principle, radiation sources through heating can be divided into two large groups:
a) devices in the form of closed heated cavities with a radiating hole of small diameter;
b) devices in the form of heated radiating surfaces.
Устройства первого типа представляют собой модели абсолютно черного тела (АЧТ), степень черноты которых зависит от конструкции. Они широко используются в лабораторных условиях для калибровки и оценки функционирования оптико-электронных приборов (ОЭП), особенно различного рода радиометров. Однако при использовании в ОЭСС их функциональные возможности существенно ограничены, прежде всего в отношении размера излучающего отверстия. Выполнение АЧТ с отверстием, изменяющимся от размеров аберрационного пятна до круга диаметром порядка 1 м, требует разработки сложной электромеханической системы управления, а также соответствующего увеличения нагреваемой полости, что неоправданно как с точки зрения энергетических затрат, особенно с учетом того обстоятельства, что ОЭСС должна чувствовать излучение имитатора с пороговых дальностей, т.е. с расстояния 2 2,5 км, так и с точки зрения весов и габаритов. Если же нагреваемую полость не увеличивать, то степень черноты излучателя уменьшится и он будет излучать в широком диапазоне длин волн. Таким образом, имитатор будет излучать и как источник, и как фон, от которого ОЭСС должна отстраиваться в процессе слежения, что делает невозможным оценку ее помехозащищенности. The devices of the first type are absolutely black body (blackbody) models, the degree of blackness of which depends on the design. They are widely used in the laboratory for calibration and evaluation of the functioning of optoelectronic devices (OED), especially of various kinds of radiometers. However, when used in the OECS, their functionality is significantly limited, primarily with respect to the size of the radiating hole. Performing a blackbody with a hole varying from the size of the aberration spot to a circle with a diameter of about 1 m requires the development of a complex electromechanical control system, as well as a corresponding increase in the heated cavity, which is unjustified from the point of view of energy costs, especially given the fact that the OECS should feel simulated emission from threshold ranges, i.e. from a distance of 2.5 km, and from the point of view of weights and dimensions. If the heated cavity is not increased, then the degree of blackness of the emitter will decrease and it will emit in a wide range of wavelengths. Thus, the simulator will emit both a source and a background, from which the OECS should be detuned during tracking, which makes it impossible to assess its noise immunity.
Более перспективным для имитации излучателей ближней области инфракрасного диапазона представляется использование нагреваемых поверхностей. Имитатор такого типа состоит из излучающих плоскостей, нагревателя, датчика температуры и блока регулировки температуры (БРТ). More promising for simulating near-infrared emitters is the use of heated surfaces. This type of simulator consists of radiating planes, a heater, a temperature sensor and a temperature control unit (BRT).
Например, устройство [1] выполнено на основе тепловой трубы с резистивным нагревателем, к которому подключается регулятор температуры, содержащий термопару, подключенную к регистратору. Дополнительно введена градуировочная печь с металлом, имеющим фиксированную температуру фазового перехода и дифференциальная термопара (ДТ), один край которой помещен в трубу, а другой в металл градуировочной печи, при этом выход ДТ подключен к регулятору температуры. Металл в печи нагревается выше точки плавления и затем охлаждается. В течение нескольких промежутков времени, когда происходит плавление и затвердевание металла, последний имеет постоянную температуру (температуру фазового перехода). Напряжение, пропорциональное разности температур, при которых находятся края ДТ, поступает в блок регулировки температуры, который изменяет напряжение на нагревателе так, чтобы выравнялись температуры, при которых находятся края ДТ и свелось к нулю вырабатываемое ДТ напряжение. Температура трубы фиксируется регистратором посредством термопары. Постоянное значение на регистраторе означает, что металл в печи находится в состоянии фазового перехода, а температура трубы точно соответствует температуре плавления металла. Высокая точность градуировки достигается тем, что погрешность передачи температуры фазового перехода от металла в печи к трубе определяется погрешностью ДТ, которая меньше погрешности абсолютного измерения температуры термопары. Высокая степень стабильности температуры достигается за счет стабильности задатчика температуры, использующего физическое явление, которое заключается в неизменности температуры в процессе перехода какого-либо вещества из одного агрегатного состояния в другое, в частности, процессы плавления и затвердевания, и за счет введения регулировки рассогласования между показателями ДТ и термопары. В принципе, данное устройство содержит ряд функционально необходимых для имитации источника оптического излучения элементов. Однако практически ни один из них не обеспечивает те показатели, которых требуют условия эксплуатации имитатора ни по мощности излучения, ни по размеру излучающей поверхности, ни по принципу построения БРТ в отношении компенсации скачков сетевого напряжения. Кроме того, устройство работает в непрерывном режиме только в промежутки плавления и затвердевания, длительность которых меньше времени, необходимого для реализации процесса моделирования. For example, the device [1] is made on the basis of a heat pipe with a resistive heater, to which a temperature controller is connected, containing a thermocouple connected to the recorder. Additionally, a calibration furnace with metal having a fixed phase transition temperature and a differential thermocouple (DT) was introduced, one edge of which is placed in the pipe and the other in the metal of the calibration furnace, while the output of the DT is connected to the temperature controller. The metal in the furnace is heated above the melting point and then cooled. For several periods of time when the melting and solidification of the metal occurs, the latter has a constant temperature (phase transition temperature). A voltage proportional to the temperature difference at which the edges of the DT is supplied to the temperature control unit, which changes the voltage on the heater so that the temperatures at which the edges of the DT are equalized and the voltage produced by the DT are reduced to zero. The temperature of the pipe is recorded by the recorder using a thermocouple. A constant value on the recorder means that the metal in the furnace is in a phase transition state, and the temperature of the pipe exactly matches the melting temperature of the metal. High calibration accuracy is achieved in that the error in the transfer of the temperature of the phase transition from the metal in the furnace to the pipe is determined by the error DT, which is less than the error in the absolute measurement of the temperature of the thermocouple. A high degree of temperature stability is achieved due to the stability of the temperature setter, which uses a physical phenomenon, which consists in the fact that the temperature does not change during the transition of any substance from one state of aggregation to another, in particular, melting and solidification processes, and due to the introduction of adjustment of the mismatch between the indicators DT and thermocouples. In principle, this device contains a number of elements that are functionally necessary to simulate an optical radiation source. However, practically none of them provides the indicators that the simulator requires under the conditions of either the radiation power or the size of the emitting surface, or according to the principle of constructing the BRT with respect to compensation for surges in the mains voltage. In addition, the device operates in continuous mode only at intervals of melting and solidification, the duration of which is less than the time required to implement the modeling process.
В устройстве [2] излучатель выполнен в виде системы замкнутых кожухов с определенными зазорами между ними. Эта мера, увеличивая инерционность всей системы, приводит к сглаживанию колебаний интенсивности излучения в широком спектральном диапазоне, независимо от причины их вызвавшей. Такая система эффективна при кратковременном характере возмущающих воздействий, тогда как имитатор должен работать на открытом воздухе, находиться под постоянным воздействием меняющихся погодных и других эксплуатационных условий, таких, например, как колебания напряжения сети питания, стабилизация которого вследствие большого тока потребления и имеющейся в системе инерционности малоэффективна. In the device [2] the emitter is made in the form of a system of closed casings with certain gaps between them. This measure, increasing the inertia of the entire system, leads to a smoothing of the fluctuations in the radiation intensity in a wide spectral range, regardless of the cause of their cause. Such a system is effective for the short-term nature of disturbing influences, while the simulator must operate in the open air, be constantly exposed to changing weather and other operating conditions, such as, for example, fluctuations in the supply voltage, which is stabilized due to the high current consumption and the inertia in the system ineffective.
В качестве прототипа выбран излучатель типа РП-728, предназначенный для формирования стандартных тепловых полей [3] Устройство состоит из двух основных узлов: собственно излучателя и БРТ. Излучатель представляет собой плоский медный диск, на рабочую поверхность которого нанесено покрытие в виде черной глубокоматовой эмали. Применяется нагреватель в виде пленки, представляющей собой токопроводящую дорожку в форме бифулярной спирали Архимеда, равномерно распределенную по поверхности диска, противоположной излучающей. В специальном углублении диска, в непосредственной близости от излучающей поверхности установлен терморезистор, служащий датчиком температуры излучения. Термостатирование излучателя осуществляется автоматически с пропорциональным законом управления. Функциональная схема БРТ представлена на фиг.1. As a prototype, a radiator of the RP-728 type was chosen, designed to form standard thermal fields [3]. The device consists of two main components: the radiator itself and the BRT. The emitter is a flat copper disk, on the working surface of which is coated in the form of black deep-mat enamel. A heater is used in the form of a film, which is a conductive path in the form of a bifular Archimedes spiral, uniformly distributed over the surface of the disk opposite the radiating one. In a special recess of the disk, in the immediate vicinity of the radiating surface, a thermistor is installed, which serves as a radiation temperature sensor. Thermostatting of the emitter is carried out automatically with a proportional control law. Functional diagram of BRT is presented in figure 1.
Управляющее воздействие вырабатывается мостовой схемой, в одно из плеч которой включен датчик фактической температуры. Напряжение, снимаемое с датчика фактической температуры, пропорционально мгновенному значению температуры излучателя. В качестве усилителя сигнала рассогласования (1) выбран операционный усилитель (ОУ), формирователь управляющего напряжения (2) преобразует напряжение рассогласования в последовательность импульсов прямоугольной формы и постоянной амплитуды, ширина которых пропорциональна получаемому сигналу. Для регулирования мощности, подводимой к нагревателю (4) в управляющем устройстве (3) используют транзисторы, работающие в ключевом режиме. Таким образом приток тепла, поступающий к излучателю, непрерывно регулируется. Вышеописанное устройство выпускается в двух модификациях, отличающихся диаметрами излучателей (50 и 100 мм). The control action is generated by a bridge circuit, one of the shoulders of which includes an actual temperature sensor. The voltage taken from the actual temperature sensor is proportional to the instantaneous value of the emitter temperature. An operational amplifier (OA) was chosen as an amplifier of the mismatch signal (1), the driver of the control voltage (2) converts the mismatch voltage into a sequence of rectangular pulses of constant amplitude, the width of which is proportional to the received signal. To regulate the power supplied to the heater (4) in the control device (3), transistors operating in the key mode are used. Thus, the heat influx entering the radiator is continuously regulated. The above device is available in two versions, differing in emitter diameters (50 and 100 mm).
Известные устройства не удовлетворяют совокупности технических и эксплуатационных требований либо по площади излучающей поверхности, либо по мощности излучения и его спектральному составу, а также по стабильности работы излучателя и безопасности эксплуатации. Known devices do not satisfy the totality of technical and operational requirements either in terms of the area of the emitting surface, or in the power of radiation and its spectral composition, as well as in the stability of the emitter and the safety of operation.
Предполагаемое изобретение решает задачу расширения функциональных возможностей имитаторов оптического излучения, подобранных реальным излучателям по геометрическим размерам, спектру, мощности и распределению излучения, функционирующих на открытом воздухе в условиях воздействия различных погодных факторов, при скачках сетевого напряжения. The alleged invention solves the problem of expanding the functionality of optical radiation simulators selected by real emitters according to the geometric dimensions, spectrum, power and distribution of radiation, operating in the open air under the influence of various weather factors, during power surges.
Поставленная задача решается в предлагаемом имитаторе, содержащем излучатель, выполненный в виде пластины, покрытой глубокоматовой эмалью, нагреватель, связанный с излучателем, датчик фактической температуры, соединенный с излучателем, блок регулирования температуры, соединенный с нагревателем, который состоит из уравновешенного моста, в плечи которого включены датчики эталонной и фактической температуры. В диагональ моста включены последовательно соединенные усилитель сигнала рассогласования и схема управления нагревателем. The problem is solved in the proposed simulator containing a radiator made in the form of a plate covered with deep-mat enamel, a heater connected to a radiator, an actual temperature sensor connected to a radiator, a temperature control unit connected to a heater, which consists of a balanced bridge, into the shoulders of which Sensors for reference and actual temperature are included. The diagonal of the bridge includes a series-connected amplifier of the error signal and a heater control circuit.
Предлагаемый имитатор отличается от прототипа тем, что схема управления нагревателем состоит из последовательно соединенных источника тока, интегрирующей цепи, первого компаратора, дифференцирующей цепи, диода, первого эмиттерного повторителя, импульсного трансформатора и симметричного тиристора. Кроме того, в блок регулирования температуры дополнительно веден блок питания, содержащий последовательно соединенные понижающий сетевой трансформатор, выпрямитель, развязывающий диод, фильтр низкой частоты и стабилизатор напряжения, а также сумматор, синхронизирующий ключ, схема индикации выхода имитатора на рабочий режим, состоящая из последовательно соединенных второго компаратора, второго эмиттерного повторителя, сигнальной лампы. The proposed simulator differs from the prototype in that the heater control circuit consists of a series-connected current source, an integrating circuit, a first comparator, a differentiating circuit, a diode, a first emitter follower, a pulse transformer and a symmetric thyristor. In addition, a power supply unit is additionally led to the temperature control unit, comprising a step-down step-down mains transformer, a rectifier, a decoupling diode, a low-pass filter and a voltage regulator, as well as an adder, a synchronizing key, and a simulator output indication circuit for operation, consisting of series-connected the second comparator, the second emitter follower, a signal lamp.
Кроме того, в имитатор введен блок тиристорных ключей. При этом выход выпрямителя связан через синхронизирующий ключ со вторым входом интегрирующей цепи, выход фильтра низкой частоты соединен с первым входом сумматора и через его выход со вторым входом первого компаратора, а также со вторым входом первого эмиттерного повторителя и, кроме того, он подключен ко второму входу второго эмиттерного повторителя. Выход стабилизатора напряжения включен в диагональ моста, с входом усилителя рассогласования, вторым входом сумматора, третьим входом первого компаратора, вторым входом второго компаратора. Выход усилителя рассогласования соединен с первым входом второго компаратора. Выход симметричного тиристора подключен через блок тиристорных ключей к нагревателю. Блок регулирования температуры выполнен в виде отдельного блока, изолированного от сети понижающим и импульсным трансформаторами; нагреватель и блок питания подключены к сети. Излучатель выполнен в виде пластины, внутри которой равномерно и горизонтально размещены термоэлектрические нагреватели, включенные последовательно-параллельно в цепь и залитые металлическим сплавом. In addition, a thyristor key block has been introduced into the simulator. The output of the rectifier is connected through a synchronization key to the second input of the integrating circuit, the output of the low-pass filter is connected to the first input of the adder and through its output to the second input of the first comparator, as well as to the second input of the first emitter follower and, in addition, it is connected to the second the input of the second emitter follower. The output of the voltage stabilizer is included in the diagonal of the bridge, with the input of the mismatch amplifier, the second input of the adder, the third input of the first comparator, the second input of the second comparator. The output of the mismatch amplifier is connected to the first input of the second comparator. The output of the symmetric thyristor is connected through the block of thyristor keys to the heater. The temperature control unit is made in the form of a separate unit isolated from the network by step-down and pulse transformers; the heater and power supply are connected to the network. The emitter is made in the form of a plate, inside which thermoelectric heaters are placed evenly and horizontally, connected in series and parallel to the circuit and filled with a metal alloy.
Датчик фактической температуры выполнен в виде штыревого платинового элемента сопротивления, вставленного в паз в центре излучающей поверхности. The actual temperature sensor is made in the form of a pin platinum resistance element inserted into a groove in the center of the radiating surface.
Схема имитатора источника оптического излучения представлена на фиг.2. The circuit of the simulator of the optical radiation source is shown in Fig.2.
Предлагаемый имитатор содержит нагреватель (1), связанный с излучателем, блок регулирования температуры (2), состоящий из уравновешенного моста (3), в плечи которого включены датчики эталонной и фактической температуры, а в диагональ подключены соединенные последовательно усилитель рассогласования (4) и схема управления нагревателем (5), состоящая из последовательно соединенных источника тока (6), интегрирующей цепи (7), первого компаратора (8), дифференцирующей цепи (9), диода (10), первого эмиттерного повторителя (11), импульсного трансформатора (12) и симметричного тиристора (13). Кроме того, блок регулирования температуры (2) содержит блок питания (14), в котором последовательно подключены понижающий сетевой трансформатор (15), выпрямитель (16), развязывающий диод (17), фильтр низкой частоты (18) и стабилизатор напряжения (19); а также сумматор (20), синхронизирующий ключ (21), схему индикации выхода имитатора на рабочий режим (22), которая состоит из последовательно связанных второго компаратора (23), второго эмиттерного повторителя (24), сигнальной лампы (25). Кроме того, в имитатор введен блок тиристорных ключей (26). При этом выход выпрямителя (16) связан через синхронизирующий ключ (21) с вторым входом интегрирующей цепи (7), выход фильтра низкой частоты (18) соединен с первым входом сумматора (20) и через его выход с вторым входом первого компаратора (8), а также с вторым входом первого эмиттерного повторителя (11) и кроме того он подключен к второму входу второго эмиттерного повторителя (24). Выход стабилизатора напряжения (19) связан с диагональю моста (3), с входом усилителя рассогласования (4), вторым входом сумматора (20), третьим входом первого компаратора (8), вторым входом второго компаратора (23); выход усилителя рассогласования (4) подключен к первому входу второго компаратора (23). Выход симметричного тиристора (13) связан через блок тиристорных ключей (26) с нагревателем (1). Нагреватель (1) и блок питания (14) подключены к сети. БРТ выполнен в виде отдельного блока, изолированного от сети понижающим (15) и импульсным (12) трансформаторами. The proposed simulator contains a heater (1) connected to the emitter, a temperature control unit (2), consisting of a balanced bridge (3), in the shoulders of which are included the sensors of the reference and actual temperature, and a mismatch amplifier (4) connected in series to the diagonal and a circuit heater control (5), consisting of a series-connected current source (6), an integrating circuit (7), a first comparator (8), a differentiating circuit (9), a diode (10), a first emitter follower (11), a pulse transformer (12 ) and symmetric thyristor (13). In addition, the temperature control unit (2) contains a power supply (14), in which a step-down mains transformer (15), a rectifier (16), an isolation diode (17), a low-pass filter (18) and a voltage regulator (19) are connected in series. ; as well as an adder (20), a synchronizing key (21), a circuit for indicating the simulator output to operating mode (22), which consists of a second comparator (23), a second emitter follower (24), and a signal lamp (25) connected in series. In addition, a block of thyristor keys (26) was introduced into the simulator. The output of the rectifier (16) is connected through a synchronization key (21) to the second input of the integrating circuit (7), the output of the low-pass filter (18) is connected to the first input of the adder (20) and, through its output, to the second input of the first comparator (8) as well as with the second input of the first emitter follower (11), and in addition, it is connected to the second input of the second emitter follower (24). The output of the voltage stabilizer (19) is connected with the diagonal of the bridge (3), with the input of the mismatch amplifier (4), the second input of the adder (20), the third input of the first comparator (8), the second input of the second comparator (23); the output of the mismatch amplifier (4) is connected to the first input of the second comparator (23). The output of the symmetric thyristor (13) is connected through a block of thyristor switches (26) to a heater (1). The heater (1) and power supply (14) are connected to the network. BRT is made in the form of a separate unit isolated from the network by step-down (15) and pulse (12) transformers.
Конструктивно имитатор построен следующим образом. Structurally, the simulator is constructed as follows.
Излучатель (1) выполнен в виде пластины из алюминиевого сплава, внутри которой равномерно и горизонтально расположены термоэлектронагреватели, а рабочая поверхность покрыта тепловыравнивающей матовой теплостойкой черной эмалью марки АК-243. В пазе, находящемся в центре рабочей поверхности, нежестко закреплен датчик фактической температуры в виде штыревого платинового термочувствительного элемента. Датчик закрепляется нежестко, поскольку в процессе эксплуатации возникают механические воздействия, которые могут привести к разрушению. К задней поверхности излучателя через теплозащитный экран и прокладки прикреплен блок, где расположены силовые коммутирующие тиристорные ключи. Выводы датчика фактической температуры и управляющих электродов тиристорных ключей выведены на разъем, к которому подключается кабель, соединенный через такой же разъем с пультом управления, в котором находится блок регулировки температуры, а также сетевой понижающий трансформатор, сигнальные лампочки, тумблер включения сети и тумблер переключения режима температуры. Для передачи энергии нагревателя к излучающей поверхности используется высокоомная электропроводящая среда из сплава алюминия, которой заливаются термоэлектронагреватели. Расположенные в нагревателе ТЭНы разделены на две группы, в каждой из которых находятся по 14 соединенных параллельно ТЭНов. Группы коммутируются между собой тиристорными ключами, находящимися в блоке тиристорных ключей (26), управляющие электроды которых соединены через пульт управления с симметричным тиристором (13). The emitter (1) is made in the form of a plate of aluminum alloy, inside of which thermoelectric heaters are evenly and horizontally located, and the working surface is covered with heat-equalizing matte heat-resistant black enamel AK-243. In the groove located in the center of the working surface, the actual temperature sensor in the form of a platinum pin thermosensitive element is not rigidly fixed. The sensor is not fixed firmly, since mechanical stress occurs during operation, which can lead to destruction. A block is attached to the rear surface of the emitter through a heat shield and gaskets, where the power switching thyristor switches are located. The conclusions of the actual temperature sensor and the control electrodes of the thyristor keys are output to a connector, to which a cable is connected, connected through the same connector to the control panel, in which the temperature control unit is located, as well as a network step-down transformer, signal lights, a power switch and a mode switch temperature. To transfer the energy of the heater to the radiating surface, a high-resistance electrically conductive medium of aluminum alloy is used, which is used to fill thermoelectric heaters. The heating elements located in the heater are divided into two groups, each of which contains 14 heating elements connected in parallel. The groups are commutated with each other by thyristor keys located in the block of thyristor keys (26), the control electrodes of which are connected via a control panel to a symmetric thyristor (13).
Количество ТЭН определяется, исходя из необходимой электрической мощности, подводимой к рабочей поверхности для обеспечения необходимой температуры (300-350)oC. Интервалы между ТЭНами определяются необходимой равномерностью температуры по всей площади излучения, а также допустимыми токами, потребляемыми от сети (220 В, 50 Гц). По конструктивным соображениям излучающая поверхность имитатора принимается прямоугольной с габаритами (1000х400 мм), что составляет площадь 0,4 м2. Интервал между нагревателями порядка 30 мм обеспечивает практически однородную температуру на рабочей поверхности имитатора. При этом количество ТЭНов равно 30. При параллельном включении ТЭНов максимальный ток, потребляемый от сети, равен Imax 150 А, что требует специальных силовых установок, кабелей, разъемов и коммутирующих элементов, рассчитанных на большие токи. Поэтому целесообразно включать ТЭНы попарно последовательно-параллельно. При этом Imax 150/4 38 A, a Pmax 220 B•38 A 8 кВт, что достаточно для поддержания температуры излучающей поверхности в пределах (300-350)oC и обеспечивает работу от обычной сети 220 В, 50 Гц.The number of heating elements is determined on the basis of the necessary electric power supplied to the working surface to ensure the required temperature (300-350) o C. The intervals between the heating elements are determined by the necessary uniformity of temperature over the entire radiation area, as well as the permissible currents consumed from the network (220 V, 50 Hz). For design reasons, the emitting surface of the simulator is assumed to be rectangular with dimensions (1000x400 mm), which is an area of 0.4 m 2 . The interval between the heaters of the order of 30 mm provides an almost uniform temperature on the working surface of the simulator. In this case, the number of heating elements is 30. When the heating elements are connected in parallel, the maximum current consumed from the network is I max 150 A, which requires special power plants, cables, connectors and switching elements designed for high currents. Therefore, it is advisable to include heating elements in pairs in series and parallel. Moreover, I max 150/4 38 A, a P max 220 B • 38 A 8 kW, which is sufficient to maintain the temperature of the radiating surface within (300-350) o C and ensures operation from a conventional network 220 V, 50 Hz.
Усилитель рассогласования (4) реализован на одном из операционных усилителей микросхемы 820УД1 и включенного по схеме разностного усилителя; схема управления нагревателем (5) собрана из следующих элементов:
источника тока (6), выполненного на операционном усилителе микросхемы 820УД1;
интегрирующей цепи (7), собранной на конденсаторе К10-17-Н90 0,1 мкФ;
первого компаратора (8), выполненного также на операционном усилителе микросхемы 820УД1;
диода (10) 2Д102А;
первого эмиттерного повторителя (11), выполненного на транзисторе 2Т608Б;
импульсного трансформатора (12) МТИ-4В;
симметричного тиристора (13) 2ТС12-10-6-4.The mismatch amplifier (4) is implemented on one of the operational amplifiers of the 820UD1 microcircuit and a differential amplifier included in the circuit; heater control circuit (5) is assembled from the following elements:
a current source (6) made on the operational amplifier of the chip 820UD1;
an integrating circuit (7) assembled on a capacitor K10-17-H90 0.1 μF;
the first comparator (8), also made on the operational amplifier of the chip 820UD1;
diode (10) 2D102A;
the first emitter follower (11) made on the 2T608B transistor;
pulse transformer (12) MTI-4V;
symmetric thyristor (13) 2TC12-10-6-4.
Блок питания (14) содержит:
понижающий сетевой трансформатор (15) ТПП 225-220-50;
выпрямитель (16) на диодах 2Д102А;
развязывающий диод (17) 2Д102А;
фильтр низкой частоты (18), реализованном на резисторе С2-33Н-0,5-27 Ом и конденсаторе К50-29-63В-220 мкФ;
стабилизатор напряжения (19) 142ЕН2Б,
Сумматор (20) выполнен на резисторах С2-36; синхронизирующий ключ (21) реализован на транзисторах 2Г312Б.The power supply unit (14) contains:
step-down network transformer (15) TPP 225-220-50;
a rectifier (16) on diodes 2D102A;
decoupling diode (17) 2D102A;
a low-pass filter (18) implemented on a resistor C2-33N-0.5-27 Ohm and a capacitor K50-29-63V-220 uF;
voltage stabilizer (19) 142EN2B,
The adder (20) is made on resistors C2-36; the synchronizing key (21) is implemented on 2G312B transistors.
Схема индикации выхода имитатора на рабочий режим (22) состоит из:
второго компаратора (23) на основе операционного усилителя микросхемы 820УД1;
второго эмиттерного повторителя (24) на транзисторе 2Т608Б;
сигнальной лампы (25) СМИ-6,3-2.The display circuit of the simulator output to the operating mode (22) consists of:
the second comparator (23) based on the operational amplifier of the chip 820UD1;
the second emitter follower (24) on the 2T608B transistor;
signal lamp (25) Media-6.3-2.
Блок тиристорных ключей (26) содержит тиристоры Т142-50-13-4. The thyristor switch block (26) contains the T142-50-13-4 thyristors.
Датчик фактической температуры реализован на основе термочувствительного платинового элемента ЭЧП-0183. The actual temperature sensor is based on the thermosensitive platinum element ECHP-0183.
Предлагаемый имитатор работает следующим образом. The proposed simulator works as follows.
В процессе эксплуатации по различным причинам возможен уход температуры излучателя от ее номинального значения. Для ее поддержания на заданном уровне служит блок регулирования температуры, в состав которого входят датчик рассогласования между эталонной и фактической температурами, выполненный в виде уравновешенного моста (3). Напряжение рассогласования Up, снимаемое с диагонали моста (3), поступает на прямой (+) и инверсный (-) входы усилителя рассогласования (4), причем на прямой вход подается опорное напряжение от эталонного датчика, а на инверсный, изменяющийся в зависимости от температуры излучателя, сигнал с датчика фактической температуры. Усиленная разность поступает на источник тока (6), который преобразует это напряжение в ток заряда конденсатора интегрирующей цепи (7), который в определенных пределах пропорционально зависит от напряжения рассогласования. Этот ток заряжает емкость в интегрирующей цепи (7), к которой подключен синхронизирующий ключ (21), обнуляющий емкость в начале каждого полупериода сетевого напряжения. Синхронизирующий ключ (21) остается закрытым в течение всего полупериода и открывается, когда оно близко к нулю. В эти моменты конденсатор разряжается, т.о. каждые полпериода происходит обнуление. В результате сигнал на выходе интегрирующей цепи (7) принимает форму пилообразных импульсов, крутизна которых пропорциональна напряжению рассогласования. В зависимости от крутизны импульсов раньше или позже поступает равенство амплитуды импульса с опорным напряжением, поступающим на второй вход первого компаратора (8) с выхода сумматора (20). В результате на выходе первого компаратора (8) образуются прямоугольные импульсы, длительность которых несет информацию о рассогласовании Up, причем отрицательный выброс продифференцированного импульса устраняется диодом (10). Оставшийся, положительный, короткий по длительности импульс, образованный от переднего фронта прямоугольного, несет в себе информацию о напряжении рассогласования по времени своего появления в течение полупериода сетевого напряжения. После усиления по току в первом эмиттерном повторителе (11) эти импульсы посредством импульсного трансформатора (12) передаются на симметричный тиристор 913) и открывают его. Выходной сигнал симметричного тиристора (13) приводит в действие блок тиристорных ключей (26), состоящий из двух мощных тиристорных ключей (Т1 и Т2), являющийся фактически приводом системы регулирования температуры. Эти ключи (26) воздействуют на нагреватель (1); что и приводит к изменению температуры в нужную сторону, в частности может быть отключено сетевое напряжение от нагревателя (1) на определенную часть периода. Это так называемый фазоимпульсный метод управления, согласно которому в зависимости от момента появления управляющего импульса в течение каждой половины следования сетевого напряжения меняется фазовый угол (момент) включения тиристора, т.е. время начала воздействия сетевого напряжения на нагреватели в течение каждой полуволны. При этом диапазон регулирования фазового угла достигает 180o. Поэтому частота сигнала управления должна быть жестко связана с частотой сети, что достигается коммутацией сигнала, несущего информацию о величине рассогласования, с выпрямленным сетевым напряжением.During operation, for various reasons, the temperature of the emitter may deviate from its nominal value. To maintain it at a given level, a temperature control unit is used, which includes a mismatch sensor between the reference and actual temperatures, made in the form of a balanced bridge (3). The mismatch voltage U p , taken from the diagonal of the bridge (3), is supplied to the direct (+) and inverse (-) inputs of the mismatch amplifier (4), and the reference voltage from the reference sensor is supplied to the direct input, and to the inverse, which varies depending on emitter temperature, signal from the actual temperature sensor. The amplified difference is supplied to a current source (6), which converts this voltage to the charge current of the capacitor of the integrating circuit (7), which, within certain limits, is proportionally dependent on the mismatch voltage. This current charges the capacitance in the integrating circuit (7), to which a synchronizing key (21) is connected, which resets the capacitance at the beginning of each half-cycle of the mains voltage. The synchronization key (21) remains closed for the entire half-cycle and opens when it is close to zero. At these moments, the capacitor is discharged, i.e. every half period there is a zeroing. As a result, the signal at the output of the integrating circuit (7) takes the form of sawtooth pulses, the slope of which is proportional to the mismatch voltage. Depending on the steepness of the pulses, sooner or later, the amplitude of the pulse is equal with the reference voltage supplied to the second input of the first comparator (8) from the output of the adder (20). As a result, rectangular pulses are formed at the output of the first comparator (8), the duration of which carries information about the mismatch U p , and the negative surge of the differentiated pulse is eliminated by the diode (10). The remaining, positive, short-duration pulse, formed from the leading edge of the rectangular one, carries information about the mismatch voltage by the time of its appearance during the half-period of the mains voltage. After current amplification in the first emitter follower (11), these pulses are transmitted by a pulse transformer (12) to a symmetric thyristor 913) and open it. The output signal of the symmetric thyristor (13) drives the block of thyristor switches (26), consisting of two powerful thyristor switches (T1 and T2), which is actually the drive of the temperature control system. These keys (26) act on the heater (1); which leads to a change in temperature in the right direction, in particular, the mains voltage from the heater (1) can be disconnected for a certain part of the period. This is the so-called phase-pulse control method, according to which, depending on the moment of the appearance of the control pulse, the phase angle (moment) of turning on the thyristor changes during each half of the mains voltage, i.e. the time of the beginning of the mains voltage effect on the heaters during each half-wave Moreover, the range of phase angle control reaches 180 o . Therefore, the frequency of the control signal must be rigidly connected with the frequency of the network, which is achieved by switching the signal that carries information about the magnitude of the mismatch with the rectified mains voltage.
Имитатор в силу своих конструктивных особенностей (большая масса, платиновый датчик фактической температуры) обладает определенной инерционностью, что сказывается на точности поддержания температуры, т.к. для высокой точности необходима максимальная чувствительность, которая ограничивается возможностью перехода в релейный режим работы, т.е. в режим "включено-выключено", при котором наблюдается значительные колебания температуры относительно номинала. Поэтому неизбежное ограничение чувствительности приводит к недостаточной отработке изменений (колебаний) напряжения питания, ухудшающее точность поддержания температуры. Для устранения влияния колебаний питающего напряжения на имитатор в него введен компенсатор, который в установившемся рабочем режиме поддержания температуры корректирует момент появления управляющего импульса в зависимости от величины колебаний напряжения в сети. Нестабилизированное напряжение с выхода фильтра низкой частоты (18) поступает на сумматор (20) и суммируется в определенной пропорции со стабилизированным (поступающим со стабилизатора напряжения (19)). Таким образом на прямом входе первого компаратора (8) формируется опорное напряжение, величина которого зависит от значений напряжения питающей сети, при этом сдвигаются моменты появления управляющих импульсов, компенсируя колебания питающей сети на нагревательных элементах излучения. The simulator due to its design features (large mass, platinum actual temperature sensor) has a certain inertia, which affects the accuracy of temperature maintenance, because For high accuracy, maximum sensitivity is required, which is limited by the possibility of switching to relay operation, i.e. in the on-off mode, in which there are significant temperature fluctuations relative to the nominal. Therefore, the inevitable limitation of sensitivity leads to insufficient development of changes (fluctuations) in the supply voltage, which worsens the accuracy of temperature maintenance. To eliminate the influence of fluctuations in the supply voltage on the simulator, a compensator is introduced into it, which in the steady-state operating mode of temperature maintenance corrects the moment of occurrence of the control pulse depending on the magnitude of the voltage fluctuations in the network. The unstabilized voltage from the output of the low-pass filter (18) goes to the adder (20) and is summed in a certain proportion with the stabilized one (coming from the voltage stabilizer (19)). Thus, a direct voltage is formed at the direct input of the first comparator (8), the value of which depends on the voltage values of the supply network, while the moments of the appearance of control pulses are shifted, compensating for the fluctuations of the supply network on the radiation heating elements.
В процессе эксплуатации имитатора необходима информация о готовности его к работе. Поэтому в состав имитатора вводится устройство для индикации степени готовности его к выходу на нормальный рабочий режим, соответствующий заданному значению температуры. Указанный блок контролирует процесс достижения заданной температуры и ее поддержания. Сигнал с выхода стабилизатора напряжения (19) поступает также и на второй компаратор (23), порог срабатывания которого соответствует нижнему допуску температуры излучающей поверхности имитатора. В начальный момент при включении имитатора рассогласование максимально и по мере разогрева уменьшается. Когда температура излучателя станет равной (tэ - Δt), где Δt определяется заданным временем готовности, сигнал ΔU, поступающий на вход второго компаратора (23) станет равным опорному напряжению, поступающему с блока (4). Тогда на выходе (23) появится сигнал, который через эмиттерный повторитель (24) зажигает сигнальную лампу (25). Величина опорного сигнала выбрана так, чтобы до температуры (tэ - Δt) сигнал на выходе блока (23) был в течение всего полупериода сетевого напряжения, тогда на нагреватель (1) будет поступать максимальная мощность. При дальнейшем росте температуры длительность импульса станет уменьшаться прямо пропорционально росту температуры и, следовательно, поступление энергии на нагреватель станет уменьшаться. При t > tэ напряжение рассогласования меняет знак и открывающие симметричный тиристор (13) импульсы вырабатываться не будут, энергия на нагреватель не поступает.During the operation of the simulator, information is needed on its readiness for work. Therefore, a device is introduced into the simulator to indicate the degree of its readiness for reaching the normal operating mode corresponding to a given temperature value. The specified unit controls the process of achieving a given temperature and its maintenance. The signal from the output of the voltage stabilizer (19) also goes to the second comparator (23), the threshold of which corresponds to the lower temperature tolerance of the emitting surface of the simulator. At the initial moment, when the simulator is turned on, the mismatch is maximum and decreases as it warms up. When the temperature of the emitter becomes equal to (t e - Δt), where Δt is determined by the specified readiness time, the signal ΔU supplied to the input of the second comparator (23) will become equal to the reference voltage coming from block (4). Then, a signal appears at the output (23), which, through the emitter follower (24), lights the signal lamp (25). The value of the reference signal is chosen so that until the temperature (t e - Δt) the signal at the output of the block (23) is during the entire half-cycle of the mains voltage, then the maximum power will be supplied to the heater (1). With a further increase in temperature, the pulse duration will begin to decrease in direct proportion to the increase in temperature and, therefore, the energy supply to the heater will decrease. At t> t e , the mismatch voltage changes sign and the pulses opening the symmetric thyristor (13) will not be generated, energy is not supplied to the heater.
Для непосредственного контроля температуры на пульте управления расположены контрольные гнезда, к которым подведено напряжение одной из диагоналей моста (3), значение которого задано из условия соответствия значениям температуры излучающей поверхности в 0oC и определяется величинами сопротивлений плеч моста, датчика температуры и напряжением питания моста (3), которое жестко стабилизировано блоком (19). Такой способ контроля температуры позволяет отказаться от дополнительного контрольного датчика температуры, соединяющего кабели и не требует перевода стандартной градуировки датчика в омах в oC, что удобно при эксплуатации. В имитаторе есть два рабочих режима температуры 300 и 350oC, переключение которых осуществляется изменением опорного напряжения одной из диагоналей моста (3) с помощью микротумблера на пульте управления.For direct temperature control on the control panel there are control sockets, to which the voltage of one of the diagonals of the bridge (3) is connected, the value of which is set from the condition that the temperature of the radiating surface corresponds to 0 o C and is determined by the values of the resistance of the shoulders of the bridge, temperature sensor and the supply voltage of the bridge (3), which is rigidly stabilized by unit (19). This method of temperature control eliminates the need for an additional temperature control sensor that connects the cables and does not require translation of the standard sensor calibration in ohms to o C, which is convenient during operation. The simulator has two operating modes of temperature 300 and 350 o C, the switching of which is carried out by changing the reference voltage of one of the diagonals of the bridge (3) using the microtum switch on the control panel.
Развязка блока регулирования температуры от напряжения понижающим и импульсным трансформаторами (15, 12) делает управление имитатором в отношении оператора безопасным в полевых условиях, особенно в сырую погоду. Электронная схема выполнена в виде отдельного блока, связанного с нагревателем (1) кабелем. Симметричный тиристор (13) предназначен для возбуждения управляющих тиристоров в блоке (26), которые непосредственно осуществляют коммутацию мощности излучения. Симметричный тиристор (13) формирует импульсы, длительность которых колеблется в пределах от момента прихода на вход его импульса с выхода импульсного трансформатора (12) до момента окончания полупериода сетевого напряжения. Усиленные по мощности импульсы с крутыми фронтами управляют тиристорами в блоке (26), которые на время своей длительности отключают сеть от нагрузки. Decoupling the temperature control unit from voltage by step-down and pulse transformers (15, 12) makes the simulator control safe for the operator in the field, especially in wet weather. The electronic circuit is made in the form of a separate unit associated with the heater (1) cable. Symmetric thyristor (13) is designed to excite control thyristors in block (26), which directly carry out switching of radiation power. Symmetric thyristor (13) generates pulses, the duration of which varies from the moment the pulse arrives at the input from the output of the pulse transformer (12) until the end of the half-cycle of the mains voltage. Power-amplified pulses with steep edges control the thyristors in block (26), which disconnect the network from the load for the duration of their duration.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94040652/25A RU2077705C1 (en) | 1994-11-03 | 1994-11-03 | Simulator of optical source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94040652/25A RU2077705C1 (en) | 1994-11-03 | 1994-11-03 | Simulator of optical source |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94040652A RU94040652A (en) | 1996-09-20 |
| RU2077705C1 true RU2077705C1 (en) | 1997-04-20 |
Family
ID=20162259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94040652/25A RU2077705C1 (en) | 1994-11-03 | 1994-11-03 | Simulator of optical source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2077705C1 (en) |
-
1994
- 1994-11-03 RU RU94040652/25A patent/RU2077705C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Авторское свидетельство СССР N 1617311 кл.G 01J 5/02, 1990. 2. Авторское свидетельство СССР N 1242724, кл.G 01J 3/10, 1986. 3. Шатанов С.К., Муравейская А.А. Оптико-механическая промышленность. - 1982, N 12, с.42-43. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU94040652A (en) | 1996-09-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101643786B1 (en) | Adaptive temperature controller | |
| US5351551A (en) | Convection thermocouple vacuum gauge | |
| US3939687A (en) | Temperature calibration system | |
| US4720623A (en) | Power control device for a resistance heater in an oven | |
| US3814957A (en) | Precision temperature controller | |
| SE443237B (en) | ||
| US3566079A (en) | Temperature linearization circuit | |
| JPH0719957A (en) | Laser power meter of pocket size | |
| US5150611A (en) | Flow sensor | |
| US4658120A (en) | Sensor device for use with cooking appliances | |
| RU2077705C1 (en) | Simulator of optical source | |
| US4097790A (en) | Motor protector with remote temperature simulation | |
| US4079618A (en) | Dry well for temperature calibration system | |
| Deep et al. | Dynamic response of thermoresistive sensors | |
| US5063352A (en) | Circuit arrangement with a flow probe operated in a bridge circuit | |
| JPS5716343A (en) | Thermal conductivity detector | |
| Lee et al. | Temperature compensation of hot-wire anemometer with photoconductive cell | |
| US6086251A (en) | Process for operating a thermocouple to measure velocity or thermal conductivity of a gas | |
| Lee et al. | A new approach to enhance the sensitivity of a hot-wire anemometer and static response analysis of a variable-temperature anemometer | |
| SU777585A1 (en) | Gaseous and liquid media parameter measuring method | |
| WO2024208430A1 (en) | Thermal anemometry method and thermal anemometer for measuring a flow velocity of a flowing fluid at a high temporal resolution | |
| US6590690B2 (en) | Electronically modulating an optical light source | |
| SU1717975A1 (en) | Circuit for measurement of radiation | |
| Nascimento et al. | Output dynamic range of radiometers based on thermoresistive sensors | |
| KR100432444B1 (en) | Temperature control system for heater without sensor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051104 |