У статті розглядаються питання, пов'язані з вимірюванням коефіцієнта бітових помилок (BER) при тестуванні компонентів пасивних оптичних мереж (ПОС) довжиною кілька кілометрів на частоті 1,25 ГГц, що зв'язують трансивер абонентського вузла (АУ) оптичної мережі з трансівером центрального вузла (ЦУ) оптичної лінії.
Датчики наближення широко використовуються в промисловості - в рахункових пристроях на конвеєрі - для визначення позиції приладів або інших об'єктів. В останні роки вони стали застосовуватися в побутових пристроях і в автомобільній галузі. У цій статті розглянуті принципи роботи датчиків наближення.
У статті мова піде про термостатах загального застосування серії 1NT компанії Sensata, які відмінно зарекомендували себе серед вітчизняних виробників техніки, пов'язаної з використанням та перетвореннями теплової енергії.
Останні досягнення в технології потенціометрів дозволяють ефективно використовувати їх у багатьох сучасних додатках. У статті описані характеристики потенціометрів, які слід враховувати при виборі пристрою визначення положення для конкретного додатка. Проведено порівняння сучасних потенціометрів з іншими технологіями - цифровими кодерами і LVDT-датчиками.
про останнього часу вважалося, що потенціометри можуть бути витіснені з ринку цифровими пристроями визначення положення, такими як кодери і перетворювачі координат (резольвера). Однак успіхи в технології істотно поліпшили характеристики потенціометрів, що дозволило в даний час, враховуючи до того ж властиві потенціометрів переваги, з успіхом використовувати їх в багатьох додатках, в т.ч. авіакосмічних та медичних системах.
Перед тим як будуть розглянуті переваги і недоліки потенціометрів в порівнянні з новими цифровими технологіями, важливо отримати чітке уявлення про характеристики, що впливають на параметри системи, які потрібно забезпечити в конкретних додатках. Зазвичай розглядають наступні характеристики потенціометрів.
Механічні характеристики. Потенціометри можуть мати різні корпусні виконання і інтерфейси. Слід враховувати розміри корпусу (довжину і діаметр), конфігурацію вала, крутний момент, робочий хід, радіальний і осьовий люфт, вимоги до монтажу та ін.
Конструкція резистивного елемента. Резистивні доріжки можуть бути виконані з шарів різних матеріалів, виходячи з вимог до монтажу, умов зовнішнього середовища і терміну служби виробу. Потенціометри можуть бути або поворотними, або лінійними, встановлені в корпусах або інтегровані в складальний вузол, наприклад, в корпус електроприводу.
Строк служби. Довговічність потенціометрів зазвичай становить 5 млн циклів. Термін служби може бути збільшений за рахунок використання мастильних матеріалів і різних благородних металів для виготовлення рухомого контакту.
Опір. Опір потенціометра слід вибирати, виходячи з вимог програми. Розкид значень опору вуглецевої пасти, яка наноситься на підкладку, становить зазвичай не більше 1%.
Дозвіл. Дозвіл визначається як мінімальна зміна напруги у відповідь на відповідне переміщення вала потенціометра. Одне з основних переваг потенціометрів - в їх практично необмеженій дозволі. У системах з замкнутої зворотним зв'язком це виключає нестійке положення системи, що часто призводить до джиттеру, а також забезпечує більш високий коефіцієнт посилення в ланцюгах посилення і кращу частотну характеристику. Потенціометр - пристрій, здатний вимірювати абсолютне положення. З цієї причини при включенні або виключенні пристрою потенціометр завжди знає, в якому стані він знаходиться, і не вимагає повернення в нульове положення, як у випадку інших інкрементних пристроїв визначення положення.
Лінійність. Ключовою характеристикою більшості потенціометрів є лінійність, яка визначається як пропорційна різниця між реальним вихідним напругою і напругою, розрахованим за матеріальним становищем вала (див. Рис. 1). Граничний розкид лінійності залежить від довжини або функціонального кута, повного опору і розміру доріжок. Чим більше кут і розмір доріжки, тим менше опір і краще точність. Лінійність може бути визначена двома способами: або як абсолютна лінійність, або як незалежна лінійність.
Абсолютна лінійність враховує реальний електричний кут потенціометра. Потенціометри мають певну ступінь кутового відхилення; допуску можуть змінюватися в діапазоні 0,01-2 ° в залежності від розміру, кута і матеріалу резистивного елемента.
Мал. 1. Графік лінійності (максимальне відхилення ідеальної характеристики від реальної)
Незалежна лінійність не враховує реальний кутове відхилення потенціометра (немає функціонального допуску по куту). Для розрахунку необхідного нахилу характеристики і визначення відхилення при даному положенні вала для необхідного кута використовується таблиця.
Функціональна лінійність. Лінійність може бути визначена або для прямої, або для різних функцій. Найбільш поширеними функціями є синус / косинус, логарифмічна і ін. Допоміжних схем для створення цих функцій в потенціометра, на відміну від інших цифрових або магнітних технологій, не потрібно.
Резистивна навантаження. Ефект резистивного навантаження змінює теоретичний вид вихідний функції потенціометра і може виникнути в трьох різних випадках:
- між рухомим контактом і кінцевим відведенням;
- між рухомим контактом і центральним відведенням (плаваючим);
- між рухомим контактом і центральним відведенням (заземленим).
Тип і величина навантаження визначає її вплив на вихідну функцію.
Плавність зміни опору. Плавність зміни опору (див. Рис. 2) являє собою максимальне миттєве відхилення вихідної напруги щодо вхідної напруги і вимірюється при переміщенні рухомого контакту і наявності вхідного струму навантаження. Цей параметр виражається у відсотках від загального прикладеної напруги, коли потенціометр обертається з частотою 4 RPM (об. / Хв). Факторами, які впливають на плавність зміни опору, є контактний опір і відхилення мікролінейності потенціометра.
Шум. Шум викликається відхиленнями на виході, викликаними перехідними опорами між рухомим контактом і поверхнею резистивного елемента, який відсутній на вході.
Номінальна потужність. Номінальна потужність являє собою максимальну потужність, яка розсіюється потенціометром в режимі дільника напруги, а не реостата. Цей параметр зазвичай встановлюється для кімнатної температури, тому слід враховувати, що максимальна потужність зменшується для потенціометрів, які працюють при підвищеній температурі.
Фактори зовнішнього середовища. При знятті характеристик потенціометра вельми важливо враховувати умови, при яких він експлуатується, а саме, підвищена і знижена температура, вологість, вібрація і удари.
Мал. 2. Плавність зміни опору (паразитні відхилення опору)
Понад 10 млн циклів
Кодери перетворять механічне поворотний рух в послідовність електричних імпульсів, які використовуються для формування керуючих сигналів. Є абсолютні кодери і інкрементні кодери; в обох типах кодеров обертовий диск перериває фотодетектор і формує вихідний сигнал.
У інкрементних кодерах обертовий диск містить доріжку з розташованими з рівними інтервалами прозорими і непрозорими сегментами. У інкрементних кодерах квадратурні сигнали на виході забезпечують дані про швидкість і напрям. У стандартному режимі кодер веде рахунок по передньому фронту прямокутного сигналу. Якщо використовувати як передній, так і задній фронт сигналу, можна подвоїти дозвіл. Щоб підвищити дозвіл, в деяких кодерах замість прямокутного сигналу використовуються синусоїдальні сигнали, в яких можлива інтерполяція. Абсолютні кодери використовують складний метод кодування диска, який забезпечує більш високу точність і відновлення положення після втрати харчування.
Лінійно регульовані диференціальні трансформатори (LVDT) перетворять лінійне рух об'єкта, з яким вони механічно пов'язані, в відповідний електричний сигнал. LVDT складається з первинної обмотки, яка знаходиться між двома ідентичними вторинними обмотками. Рухома частина називається сердечником; він вільно переміщається всередині LVDT і механічно пов'язаний з об'єктом, що рухається. В робочому стані первинна обмотка збуджується відповідною амплітудою сигналу і частотою. Вихідний сигнал LVDT є диференціальне напругу між двома вторинними обмотками, яке змінюється в залежності від вихідного положення сердечника всередині котушки LVDT. Потім це вихідна напруга перетвориться в постійну напругу високого рівня або струм, з яким зручніше працювати.
Потенціометри більш ефективні з точки зору вартості, ніж альтернативні технології, особливо якщо висока роздільна здатність і лінійність є важливими вимогами програми.
Однією з найважливіших характеристик, які необхідно враховувати при виборі датчика, є те, як система відновлюється після втрати харчування. У разі потенціометрів система не повинна повертатися в первісний стан: потенціометри забезпечують вихідну напругу, яке відповідає його поточної позиції. У разі цифрових пристроїв в системі не передбачена можливість визначення поточного положення: система повинна заново проіндексувати або повернутися в початкове положення. У більшості додатків повернення системи в положення, відмінне від поточної позиції, пов'язане зі збільшенням енергоспоживання і витратами часу. Крім того, не завжди можна повторно позиціонувати систему без зміни поточних критично важливих параметрів.
Необмежена дозвіл є ще однією перевагою потенціометрів перед іншими цифровими пристроями. Якщо в додатку, що розробляється не можна використовувати ступінчастий вихід, то потенціометри є підходящою технологією. Хоча в сучасних цифрових пристроях дозвіл істотно зросла, це поліпшення пов'язане з компромісами. Як правило, щоб підвищити дозвіл, цифрові пристрої мають більший розмір, більш високу споживану потужність і допоміжні схеми, але не можуть досягти необмеженого дозволу потенціометрів.
Потенціометри розсіюють дуже мало потужності, займають мало місця і мають досить малу вагу. У додатках, де потрібно безліч таких пристроїв, це перевага виростає багато разів.
Потенціометри можна розмістити в корпусі, який відповідає всім вимогам конструкції без шкоди таким параметрам як дозвіл або лінійність. Хоча конструкцію кодеров і LVDT-датчиків можна створити відповідно до вимог до системи, це збільшує їх вартість.
Будь-які пристрої - потенціометри або інші пристрої, призначені для експлуатації в забрудненому середовищі або при високій вологості, повинні бути герметичними, щоб мікроскопічні частинки в них не потрапили. Потрапила в потенціометр невелика частка може викликати провал в активній області характеристики, але в більшості випадків в системі допускається одиничний збій, і вона продовжує ефективно функціонувати. Для оптичних пристроїв забрудненість частинками може викликати помилкове зчитування при визначенні положення.
Погіршення характеристик при крайніх значеннях температур позначається на характеристиках потенціометрів більшою мірою, ніж на характеристиках цифрових пристроїв. Однак в більшості випадків погіршення характеристик відбувається далеко за межами температурних вимог до системи.
Багато сучасні системи визначення положення вимагають надмірності, або резервування, коли одна секція використовується для управління становищем, а інша - для зворотного зв'язку. У порівнянні з кодерами, потенціометри спрощують це завдання. Порівняння напруги на виході потенціометрів вимагає мінімальних допоміжних ланцюгів, а надмірність в Потенціометром реалізується або за допомогою великого числа секцій, або великого числа доріжок однієї секції. Ця вимога особливо важливо в тих додатках, де вартість, обсяг пам'яті, доступний і енергоспоживання є критично важливими параметрами.
Хоча безконтактні цифрові пристрої перевершують потенціометри по довговічності, сучасні потенціометри мають термін служби, який перевищує 5 млн циклів, що набагато вище вимог більшості додатків.
Останні досягнення у виробництві потенціометрів, в т.ч. повністю автоматична лазерна підгонка опорів, дозволили істотно поліпшити їх лінійність і стабільність в широкому діапазоні робочих температур. Введення нових технологічних процесів забезпечить збільшення виходу придатних, підвищить довговічність і знизить рівень перешкод цих пристроїв.