Импульсный измеритель

Министерство  образования и  науки РФ

Санкт-Петербургский  государственный  электротехнический университет «ЛЭТИ» 
 
 
 
 

                                                           УТВЕРЖДЕНО

                                                           Преподаватель 

                                                _______Холуянов К.К 
 
 
 
 
 
 
 

     ИМПУЛЬСНЫЙ  ИЗМЕРИТЕЛЬ 

     Пояснительная записка 

     АБВГ.468165.001 ПЗ 
 
 
 
 
 
 

СОГЛАСОВАНО        

Преподаватель       Студент гр. 8182

______Холуянов К.К       _______Селуянова А.В. 

Содержание

1. Описание работы импульсного измерителя      3
2. Расчет потребляемой мощности       4
3. Результаты замены элементов       5
4. Обоснование разбиения схемы на модули первого и второго уровней  6
5. Расчет теплового режима работы импульсного измерителя   7
1. Обоснование выбора модели        7
2. Исходные данные         8
3. Результаты работы с ПО        9
4. Анализ результатов         10
6. Механический расчет        11

6.1 Обоснование выбора модели        11

6.2 Исходные данные         12

6.3 Распечатки результатов с работы с ПО      14

6.4 Анализ результатов         15

7 Список сокращений         16

8 Заключение          17

9 Библиографический список        18

1. Описание работы прибора

Рисунок 1. Функциональная схема устройства

     В рамках данной курсовой работы был разработан импульсный измеритель. Характерная особенность  описываемого здесь  прибора - отсутствие каких либо подстроечных элементов и упрощенная цифровая часть, что позволяет самостоятельно сконструировать этот прибор.

     Электроды, служащие для снятия биопотенциалов подключены ко входу операционного  усилителя (ОУ). После ОУ усиленный кардиосигнал подается на цепь фильтров, где он очищается от всякого рода помех. Длительность импульса на выходе ОУ составляет 2..3 мс. Затем сигнал поступает на одновибратор. На выходе одновибратора формируются импульсы длительностью 280 мс, которые поступают на счетчик. Сигнал «включения» прибора через D-триггер разрешает счет. Генератор импульсов задает тактовую частоту. На выходе счетчика, одновибратора, D-триггера и генератора импульсов снимаем сигналы управления дисплеем, на котором будет отображаться значение пульса.

2. Расчет потребляемой мощности

     Прибор  рассчитан на питание  от батареи из двух элементов 316, которые дают питание в 3 В. Это питание подается на ОУ. Микросхемы питаются от 5 В. Для обеспечения этого напряжения в схеме предусмотрен диодно-емкостный умножитель напряжения. Потребление мощности микросхемами нас не интересует, т.к. это потребление внутри схемы. Следовательно основным потребителем можно считать только ОУ. Его максимальный ток потребления 3 мА. Таким образом, потребляемая мощность очень мала и равна 9 мВт.

3. Результаты замены элементов

    В данной работе D-триггер К176ТМ2 заменили на триггер К561ТМ2, поскольку D-триггер 176 серии уже не выпускается. Выбранный триггер полностью удовлетворяет условиям эксплуатации и подходит по электрическим параметрам. Сравнение электропараметров приведено в Таблице 1.

    Таблица 1 - Сравнение электропараметров К176ТМ2 и К561ТМ2

    Выбранный триггер К561ТМ2 полностью  удовлетворяет заданным техническим условиям. Для него требуется меньшее напряжение питания, но при этом он будет рассеивать большую мощность. Но мощность которая будет рассеиваться не повлияет на работу прибора в целом. Выбранный вариант замены обладает основным преимуществом: его быстродействие намного больше быстродействия К176ТМ2.

    Также замене подлежали  диоды КД103А и  Д9А. Поскольку диоды в данной схеме используются исключительно как ограничивающие и выпрямительные, то вместо них можно поставить более простой и дешевый вариант КД521А. 
4 Обоснование разбиения схемы на модули 1-го и 2-го уровней

     В ходе проектирования импульсного измерителя исходная схема устройства была разбита на схемы модулей первого и второго уровня. Модуль первого уровня представляет собой непосредственно сам исходный импульсный измеритель, но питание, кнопка включения, электроды снятия биопотенциалов, а также жидкокристаллический дисплей закрепленны на передней панели модуля второго уровня. Модуль второго уровня – это модуль первого уровня, соединенный с помощью электрического соединителя с передней панелью. Таким образом, модуль второго уровня представляет собой функционально и конструктивно законченный блок.

Причины, по которым было осуществлено разбиение:

1. удобство эксплуатации устройства, т.к. органы управления (здесь – кнопка включения) могут быть расположены в удобном для оператора РЭА месте без необходимости изменения платы модуля первого уровня;
2. повышается надежность модуля второго уровня, так как при выходе из строя модуля первого уровня он может быть легко заменен без ущерба для работоспособности модуля второго уровня.
3. легкая замена батарейки питания, в случае ее отказа.
4. устранение механического воздействия на плату органов управления.

      Конструкция платы управления реализована в  системе базовых  несущих конструкций  (БНК1) в виде ячейки на печатной плате Я34.30.04.01. Размеры печатной платы 170´150 мм. Материал платы - двухсторонний фольгированный стеклотекстолит СФ2-35-1,5 ГОСТ 10316-78 (толщина листа 1,5 мм).  

5 Расчет теплового режима работы импульсного измерителя

5.1 Обоснование выбора модели 

     Для расчета теплового  режима прибора используется аппарат математического  моделирования тепловых полей. Используемая модель (рис. 2) включает несколько изотермических областей: окружающую среду с температурой Tc и N вертикально ориентированных нагретых зон (НЗ) с температурой Tзi, i = 1, 2, …, N, отображающих печатные платы с тепловыделяющими элементами. Предполагается, что нагретые зоны имеют форму прямоугольных параллелепипедов. Толщина каждой НЗ di, i= 1, 2, …, N определяется толщиной печатной платы и усредненной высотой установленных на ней элементов. Считается, что источники тепловой энергии распределены по поверхности плат равномерно. Перенос тепла внутри прибора осуществляется в основном за счет конвекции и излучения (кондуктивными тепловыми связями плат с корпусом и между собой пренебрегаем).

Рисунок 2. Модель прибора для расчетов теплового режима.

    Программа позволяет вести  расчет не для одной платы, а только для блока содержащего не менее трех плат. Поэтому для расчета теплового режима будем считать, что у нас три платы, причем по бокам две платы с нулевой выделяемой мощностью.

     5.2 Исходные данные 

    Для расчета теплового  режима с воздушным  охлаждением разработан пакет программ, запускаемый  файлом ATEPLO.EXE из каталога с программами. Форма ввода исходных данных для расчета появляется после выбора пункта меню Блок > Расчет

Исходные  данные вводятся заполнением  полей на форме.

Таблица 2 - Исходные данные

Рис. 3  Эскиз конструкции блока 

5.3 Распечатки результатов работы С ПО 

     Результатами  расчета являются:

   а) среднее значение температуры корпуса;

   б) средние значения температур плат;

   в) средние значения температур воздуха в каналах;

   г) средние значения скоростей воздуха в каналах (знаки при числах указывают направление движения воздуха).

Таблица 3 - Результаты расчета

    Рисунок 4  Диаграмма перегревов плат

    5.4 Анализ результатов 

    Полученный  результат показывает, что перегрев платы незначителен  всего 0,01°С при температуре окружающего воздуха плюс 50 °С.

6. Механический расчет

1. Обоснование выбора модели 
   

    Расчет  механических характеристик  разрабатываемого функционального узла, в идеале, должен показать, превосходят или не превосходят допустимый предел перегрузки, возникающие на печатной плате или отдельных ее участках при приложении к плате вибрационной нагрузки, оговоренной в техническом задании. Для этого необходимо рассчитать резонансную кривую для печатной платы с предусмотренным конструкцией функционального узла расположением навесных элементов и креплением платы к жестким элементам конструкции.

    Расчет  будем производить  с помощью ПО «Plate Shell» . Эта программа считает не всю «резонансную кривую», а только частоты резонанса. Поэтому ограничимся расчетом резонансных частот механических колебаний печатной платы, закрепленной на жестком основании, к которому приложена вибрационная нагрузка.

    Рисунок 5. Модель механического расчета.

2. Исходные данные

Таблица 4 - Исходные данные

Таблица 4 - Продолжение

    Рисунок 6. Коэффициенты жесткости  по контуру платы.

3. Распечатки результатов работы с ПО

Частота ПЕРВОГО резонанса = 82.39(ГЦ)

    Рисунок 7. Перемещения на частоте первого резонанса в мм. 

Рисунок 8. Деформация платы  на частоте первого  резонанса 

Частота вторго резонанса = 97,49 (ГЦ) 

Рисунок 9. Перемещения на частоте второго  резонанса в мм

Рисунок 10. Деформация платы  на частоте второго  резонанса 

4. Анализ  результатов

    Полученные  результаты показывают, что резонансные  частоты платы  лежат ниже диапазона частот вибрационной нагрузки, оговоренного в техническом задании (100..1000 Гц)

7. Список сокращений

ОУ - операционный усилитель

ПО  – программное  обеспечение

РЭА - радиоэлектронная аппаратура

8. Заключение

     В рамках данной курсовой работы была разработана конструкция импульсно измерителя, выполненная средствами САПР P-CAD 2002 и AutoCAD 2010.

     Электрическая принципиальная схема, конструкция и  топология печатного монтажа разрабатывались по схеме сквозного проектирования в среде P-CAD 2002.

     В среде графического редактора схем P-CAD Schematic сформирована электрическая  принципиальная схема  АБВГ.468165.001 Э3. При формировании схемы использованы интегральные библиотеки компонентов отечественного производства  резитсторов, конденсаторов, интегральных микросхем серий К561, электрических соединителей и др.

     Выпуск рабочих чертежей чертежа печатной платы по ГОСТ 2.419-91 и сборочного чертежа платы управления по ГОСТ 2.109-73 выполнен средствами САПР AutCAD 2010.

     Сконструированная схема полностью  удовлетворяет техническому заданию.

9. Список литературы

1. Автоматизированное проектирование узлов и блоков РЭС средствами современных САПР: Учеб. пособие для вузов/ И. Г. Мироненко, В. Ю. Суходольский, К. К. Холуянов и др.; Под ред. И. Г. Мироненко. М.: Высш. шк., 2002.

2. А. А. Иванов, В. А. Исакова, В. Б. Картажов, С. С. Соколов, В. Ю. Суходольский, В. А. Чикулаева, К. К. Холуянов. Выбор электрорадиокомпонентной базы в курсовом и дипломном проектировании РЭС: Методические указания к курсовому проекту по дисциплине   Конструкторское   проектирование   РЭС   на   ПЭВМ/; СПбГЭТУ, СПб., 2000, 48 с.

Государственные стандарты:

1. ГОСТ 2.104-2006. Основные надписи.
2. ГОСТ 2.105-95. Общие требования к текстовым документам.
3. ГОСТ 2.106-96. Текстовые документы.
4. ГОСТ 2.109-73. Основные требования к чертежам.
5. ГОСТ 2.304-81. Шрифты чертежные.
6. ГОСТ 2.413-72. Правила выполнения конструкторской документации изделий, изготовляемых с применением электрического монтажа.
7. ГОСТ 2.701-84 Схемы. Виды и типы. Общие правила выполнения схем.
8. ГОСТ 2.702-75. Правила выполнения электрических схем.
9. ГОСТ 2.710-81. Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах.
10. ГОСТ 2.728-74. Обозначения условные графические в схемах. Резисторы, конденсаторы.
11. ГОСТ 2.730-73. Обозначения условные графические в схемах. Приборы полупроводниковые.
12. ГОСТ 5916-70 Гайки шестигранные низкие класса точности В.
13. ГОСТ 6402-70. Шайбы пружинные.
14. ГОСТ 11371-78. Шайбы.
15. ГОСТ 17473-80 Винты с полукруглой головкой классов точности А и В.
16. ГОСТ 23751-86. Платы печатные. Основные параметры конструкции.
17. ГОСТ 29137-91. Формовка выводов и установка изделий электронной техники на печатные платы.

Электронные документы: Классификатор ЕСКД. Класс 46.