при возбуждении основного СЭ на выходе съемной шины появляется сигнал отрицательной полярности максимальной амплитуды, и на выходе АЦП цифровой код соответствует коду эталона длины Л/ = - Л,„ах. Если ось правого контрольного МЭ совпадает с осью дополнительного СЭ, при возбуждении этого СЭ на выходе съемной шины появляется сигнал положительной полярносги максимальной амплитуды и на выходе АЦП цифровой код также соответствует коду

эталона длины N = Лтах-

Нарушение соответствия кода yVniax коду эталона длины корректируется в процессе эксплуатации регулировкой АЦП.

Рассмотренный МКЭ требует постоянного контроля выходного параметра. Первичный эталон можно конструктивно и функционально совместить с информационным КЭ. В этом случае КЭ должен иметь Д1 а СЭ и один или нескольк(< МЭ, и по ВМХ такого КЭ можно определить смеш,е-ние МЭ относительно ос*й этих СЭ. Рассмотрим ВМХ МКЭ, содержащего два СЭ, смещенных относительно друг друга на расстояние А, и один МЭ, перекрывающий оба СЭ (рис. 2.10, а, б). Из ВМХ этого элемента следует, что положение оси МЭ относительно осей СЭ определяется из соотношения отрезков ВМХ

где «1 и - амплитуда считанных сигналов при возбуждении соответственно первого и второго СЭ.

Рис. 2.12. Датчик угловых координат со встроенным эталоном

Из этой же ВМХ следует, что А не может превышать величины а/2. Величина А и является первичным эталоном КЭ.

КЭ со встроенным первичным эталоном можно разделить на три группы:

КЭ с раздельными связанными МЭ (рис. 2.10, в); КЭ с двойной расщепленной шиной возбуждения и одним МЭ (рис. 2.10. г);

КЭ с раздельными частями (рис. 2.10, д).

Перечисленные КЭ имеют ВМХ, показанную на рис. 2.11. по значениям «1 и «2 которой определяется величина х.

КЭ первой группы характеризуются значительными габаритами по сравнению с измеряемым параметром и простотой подстройки заданного первичного эталона путем изменения размера одного из МЭ.

КЭ второй группы отличаются компактностью, но первичный эталон задается расстоянием между СЭ, что требует задания значения А.

Третий КЭ содержит два СЭ и два связанных функциональных МЭ 41 служит для построения датчиков угловых координат. Один из таких датчиков показан на рис. 2.12. На одном модуляторе расположены два функциональных модулирующих элемента. Он обслуживается четырьмя СЭ, которые имеют общую съемную шину и раздельные, последовательно опрашиваемые шины позбуждения. По значению амплитуд считанных сигналов определяется угловое положение модулятора. По одной паре СЭ (/ и 5) определяется угол (О-180°), а по другой (2 и 4) - полуокружность. В зоне считывания 0° и 180° может произойти ошибка. Поэтому в данной области функции пар СЭ (/, 5 и 2, 4) изменяются.

Рассмотренные КЭ охватывают широкий класс датчиков линейных н угловых координат. Они изготавливаются по интегральной технологии методом фотолитографии фольгированных диэлектриков. При их функционировании отсутствуют контактируемые элементы подвижных и неподвижных частей, что позволяет применять их в химически активных, пыле- и влагонасыщенных средах. Отсутствие ферромагнитных материалов позволяет использовать их в устройствах, работающих в широком интервале температур. Характеристики

КЭ не изменяются во времени, т. е. рассмотренные КЭ обладают высокой устойчивостью к воздействию окружающей среды. По сравнению с известными КЭ им присущи хорошие весогабаритные характеристики.

2.4. Кодирующий элемент преобразователя звуковых колебаний

Кодирующий элемент звуковых колебаний (КЭЗ), или электроакустический преобразователь, предназначен для преобразования перемещения мембраны х (t) в амплитудно-модулированные импульсы X (nTg), частота которых / = l/nTg, кратна частоте дискретизации.

Электроакустический преобразователь (рис. 2.13) состоит из активного электрода А, мембраны Б и пассивного электрода В. Конструктивно элементы А к В, имеющие вид плоских катушек, идентичны. Они различаются только электрическим включением проводящей шины, полученной травлением медной фольги толщиной 20 мкм. Шина А подключена к источнику и выходу генератора импульсов тока возбуждения (в. Шина В короткозамкнута. На расстоянии =20 мкм от шины В расположена мембрана в виде плоской катушки с проводником толщиной 2 мкм, полученной травлением фольгированного лавсана толщиной 5 мкм Расстояние между электродами = 45 мкм. В микрофоне используются два идентичных электроакустических преобразователя, которые развернуты на 180° по отношению к фронту звуковой волны, направление которой показано на рисунке стрелками Двухкапсюльная конструкция микрофона понадобилась для устранения синфазной составляющей в считанном сигнале.

Ток возбуждения i, подается одновременно в эмиттеры транзисторов Т! и Т2. Он проходит по шинам А, создавая падение напряжения {/в = Lt4ijdi где La - индуктивность активного электрода, причем 1в = 1т (I а также заряжает емкости между электро-

дами и мембраной.

В момент нарастания фронта импульса возбуждения амплитуда напряжения на индуктивности = /тд/т. Амплитуда тока возбуждения выбирается из условия < Ю В, т. е. транзисторы Т1 и Т2 работают в активном режиме. Этот режим характеризуется малой постоянной времени нарастания тока UR, где R - сопротивление транзистора в активном режиме, и, следовательно, эффективной работой пассивного электрода. При этом наблюдается равномерное распределение напряженности магнитного поля по высоте d несимметричной полосковой линии, образованной активным и пассивным электродами.

Полярность напряжения на элементах схемы в момент фронта показана на рис. 2.13. Синфазная составляющая напряжения определяется падением напряжения на емкости С1 и равна примерно половине напряжения питания шин при максимальном токе возбуждения. Акустические дифференциальные сигналы, возникающие в такой схеме вследствие параметрической модуляции емкости и индуктивности от емкостного и индуктивного преобразователей, складывают-

Рис. 2.13. Кодирующий ; 1реобразователя

ся. Емкостная составляющая полезного сигнала одновременно нагружается на R„ и удвоенное индуктивное сопротивление мембраны, а индуктивная - на параллельное соединеннее/ и i?H-Сложение выходных сигналов может оказаться полезным при работе преобразователя непосредственно на низкоомный кабель.

Найдем порог чувствительности микрофона по перемещению и давлению. Порог чувствительности определим как минимальное перемещение или давление, которое на входе усилителя создает напряжение, равное напряжению шумов, приведенных ко входу усилителя.

В электроакустическом преобразователе связь между перемещением и выходным напряжением задана крутизной преобразования S = Л( Лх. Следовательно, порог по перемещению Ах = UJS, где Um - среднеквадратичное значение шумов на входе ycиJlитeля. Уровень шумов найдем по формуле Найквиста

TAFRy, (2.13)

Где AF, Ry - полоса частот и входное сопротивление усилителя.

Дискретный усилитель работает в линейном режиме с емкостной связью между каскадами. Полосу частот легко определить по длительности импульса на зарядной емкости r„: AF = l/T„. Пренебрегая временем заряда емкости, принимаем Т„ = 0,5 • \0~ с, т. е. AF = fв - частота импульсов возбуждения. Входное сопротивление-усилителя равно волновому сопротивлению подводящего кабеля Ry = 50 Ом. Подставляя значения параметров в формулу (2.13), получаем йш = 0,7 мкВ.

При расчете можно не учитывать низкочастотные составляющие шума транзисторов, поскольку усилитель работает в режиме дифференцирования выходных импульсов.

Найдем крутизну преобразования, предполагая линейную зависимость сигнала от расстояния мембраны до пассивного электрода:

Напряжение на мембране Ux=d, ~ О,

(2.14)

Взаимная индуктивность активного электрода и мембраны М = = Molm, где Мо - погонная индуктивность; U - длина шины на мембране. Амплитудное значение t/,=o согласно (2.14)t/n,= MoUJx,

5 = Л1,-.

(2.15)

Следовательно, крутизна преобразования зависит от конструктивных параметров микрофона М, /„, и электрических параметров схемы возбуждения /„, т.

Зависимость порога чувствительности по перемещению от конструктивных и электрических параметров получим подстановкой зависимостей (2.13) и (2.15) в (2.12):

(2.16) = 10- с, =

Подставляя сюда численные значения параметров т = 10 с, dj == = 4 . 10- м. - 0.6 м, - 0,3 . Ю--" Гн/м, /„ = 0,4 А. получаем Ах = 3.7 • 10- м.

Чтобы перейти от Ал; к порогу чувствительности по давлению, нужно знатьсреднее по площади значение жесткости мембраны. Согласно [39] примем С = 1.65 • Ю" м/Н. Перемещению Ах соответствует сила, действующая на поверхность мембраны:

5 = 2.3 . ю-н.

Поскольку площадь мембраны = jtDV4 =J2.5 • 10 * м«. to порог чувствительности по давлению АР = \ 10-* м что составляет пб отношению к порогу слышимости 19 дБ.

Чувствительность микрофона, приведенную к 1 Па, можно определить, вычислив минимальный выходной сигнал микрофона

д 0.7.10- 39 „в/Па. p 1.8.10-

Следовательно. Е представляет собой выходной сигнал электроакустического преобразователя, действующий на вход усилителя при акустическом давлении 1 Па.

е особенности и принцип работы

импульсных микрополосковых трансформаторов

В процессе разработки элементной базы ПИУ на основе систем несимметричных полосковых линий с изменяемыми параметрами необходимо было создать методику расчета передачи импульсных сигналов в таких системах. Для решения этой задачи нужно располагать следующими параметрами отдельных линий и полосковых систем: погонной индуктивностью линий различной конфигурации, погонной взаимной индуктивностью параллельных и пересекающихся участков, коэффициентами модуляции взаимной индуктивности параллельных и пересекающихся линий.

Рис. 2.14 Микрополосковые импульсные

Импульсным полосковым трансформатором будем называть систему двух или более магнитосвязанных несимметричных полосковых линий, которые имеют индуктивно связанные параллельные участки или пересекаются под некоторым углом [401. Простейшие ИПТ показаны на рис. 2.14 Конструктивной основой их является многослойный печатный монтаж. Проводники / и 2 получают методом фотохимического травления фольгированных тонких диэлектриков 34, которые располагаются над проводящим слоем 5 фольгированного диэлектрика 6, служащего основанием многослойной печатной платы.

" Шина / является токонесущей. Магнитное поле, создаваемое в этой шине импульсом тока, охватывает съемную шину 2 и индуцирует в ней ЭДС. Таким образом, ИПТ является трансформатором с воздушной связью, в котором шина / выполняет роль первичной обмотки, а шина 2 - вторичной.

В шину / подается ток следующей формы:

и (/) = (1 - е~) 1„ - /„ (1 - е- -) 1,, (2.17)

т. е. импульс амплитудой /„. длительностью 4, с фронтом и спадом экспоненциальной формы и постоянной времени экспоненты т. Для практически важных случаев т = 5ч- 15 не, i„ = 30 ч- 100 не, !„ = = 50 ч- 100 мА Ток i, (О формируется транзисторной схемой с питанием -Ь 5 В Он подается з шину / длиной не более 0,5 м. Если принять погонную индуктивность шины 0,5 нГн/мм и внутреннее сопротивление генератора тока /? = 50 Ом, то постоянная времени первичной цепи Ti = Ly/R = 5 • 10~® с. Следовательно, в этих условиях