Крiм вказаних параметрiв, система також дозволяє контролювати струм i напругу живлення активного чотириполюсника, струми та напруги, вмонтованих у чотириполюсник фазообертувачiв.
До складу системи входить блок iнтерфейсний, який приймає вiд ПЕОМ i видає на неї вiдповiднi сигнали. Цей блок являє собою систему функцiональних плат, котрi об'єднуються шиною обмiну iнформацiєю. Вiн забезпечує доступ до всiх елементiв системи за допомогою плат паралельного периферійного інтерфейсу (ППІ), плат силових ключів (ПСК) та схем комутації (СК). Керування та початкове програмування самого блока iнтерфейсного виконується за допомогою iнтерфейсної плати (ПІ2) через адаптер указаної плати (АІ2). Камера холоду та тепла (КХТ) забезпечує необхідні температурні режими НВЧ-виробу.
Результати досліджень системи приведенi в табл. 3. З приведеної таблицi видно, що результуюча фактична похибка системи контролю для коефiцiєнта передачi не перевищує 0.4 дБ (Р = 0.95). Похибка контролю фазового зсуву не бiльше 1.21° (Р = 0.95). Коефiцiєнт стоячих хвиль за напругою вимiрювався для активного чотириполюсника та пасивних навантажень. При цьому похибка контролю КСХ для входу не перевищує 7 %, а для виходу не бiльше 3 % (Р = 0.95). Контроль температури шуму чотириполюсника проводився з похибкою, що не перевищує 5 % при надiйнiй імовiрностi 0.997.
№ з/п Назва характеристики Система ВБДК411734.001 (номери вимірювань) Знач. парам. зразка Факт. знач. похибки Допуст. знач. пох.ТЗ
1 2 3 4 5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 Коеф. підсилення за потужністю Кр, дБ min max 29.135 29.89 29.04 29.80 29.02 29.79 29.04 29.80 29.03 29.81 29.20 30.10 0.213 0.395 0.9 0.9
2 Нерівномірн. Kp, дБ 0.76 0.76 0.77 0.76 0.78 0.80 0.048 0.5
3 Еквівалентна шумова температура Тш, К 113.6 115.8 115.7 114.6 115.8 113.8 4.43 % 12 %
4 Фазовий зсув на центр. частоті: I розр, град. II розр, град. III розр, град. –45.79 –90.47 178.18 –45.05 –89.42 179.08 –45.05 –89.50 179.25 –45.20 –89.21 178.95 –45.14 –89.62 179.31 –45.7 –90.4 179.5 0.739 1.21 0.946 2 2 3
5 Нелінійність ФЧХ, град. 1.8 1.5 1.5 1.4 1.3 1.35 0.312 3
6 КСХвх. мах, од. 1.676 1.658 1.666 1.673 1.665 1.59 6.792 % 15 %
7 КСХвих.мах, од. 1.327 1.367 1.367 1.348 1.35 1.33 2.752 % 15 %
Порiвнюючи час проведення контролюючих операцiй оператором на існуючих установках i час виконання цих же операцiй на розглянутій системі, був одержаний 4-разовий виграш у часі контролю виробів. При впровадженнi системи збiльшилася вірогіднiсть достовірного контролю параметрiв чотириполюсника, а також покращились естетичнi i ергономiчнi показники. Економiчний ефект вiд упровадження автоматизованої системи в масштабах цін 1997 року складає 85 тисяч гривень на рiк.
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
У дисертації одержані нові науково обгрунтовані теоретичні та експериментальні результати, сукупність яких є суттєвою для розвитку автоматизованих систем контролю параметрiв активних НВЧ-виробів та автоматизованих технологій при їх виробництві:
1. Проведено дослідження комутуючої частини системи контролю та встановлено аналітичні залежності між комплексним коефіцієнтом передачі, коефіцієнтами стоячих хвиль на входах та виміреними рівнями і фазами сигналів на контрольних перетинах.
2. Запропонована схема НВЧ-тракту, яка забезпечує контроль НВЧ-параметрів і шумових параметрiв чотириполюсника за одноразовим пiдключенням зразка до системи контролю.
3. Знайдено потрібну кількість калібрувальних елементів та їх параметри (ЅS1Ѕ = 1, js1=180°, ЅS2Ѕ = 1, js2 = 0°, ЅS3Ѕ = 0), котрi забезпечують мiнiмальну, стiйку похибку системи в широкiй смузi частот.
4. Виведено математичні залежності для визначення внеску похибок калібрувальних елементів і вимірювальних пристроїв у результуючі похибки системи контролю. При цьому встановлено, що за рахунок похибки модуля коефіцієнта відображення еталонів (4 %), похибки фази еталонної лінії (0.5°), а також похибки фази (0.8°) і модуля (0.35 дБ) вимірювача рівня сигналу внесок у приведену похибку системи контролю становить не більше: 14 % (0.66 дБ) для модуля коефіцієнта передачі, 2.0° для його фази і 12 % для КСХin(out) .
5. У результатi проведення теоретичних i експериментальних дослiджень створено автоматизовану систему контролю, яка дозволяє за встановленими аналітичними залежностями між НВЧ-параметрами та виміреними рівнями і фазами сигналів на контрольних перетинах при одноразовому підключенні НВЧ-виробу до системи контролю знайти коефiцiєнт стоячих хвиль за напругою для входу та виходу, коефiцiєнт пiдсилення за потужністю, фазу коефiцiєнта пiдсилення, нелiнiйність фазочастотної та нерiвномiрність амплiтудно-частотної характеристик.
Фактична похибка контролю коефіцієнта передачі не перевищує 0.4 дБ, фази— 1.21°, КСХin(out) — 7 % (P = 0.95), що повністю підтверджує результати теоретичних досліджень і задовольняє вимогам технічного завдання на виготовлення системи.
6. Автоматизована система контролю дозволяє здійснювати сумісний контроль НВЧ-параметрів та температуру шуму виробів при одноразовому їх підключенні.
7. Впровадження вказаної системи дозволило за рахунок автоматизації технологічного процесу контролю параметрів активних НВЧ-виробів одержати 4-разовий виграш у часі контролю виробів. Рiчний економiчний ефект вiд упровадження такої системи в масштабах цін 1997 року склав 85 тисяч гривень.
Список праць, опублікованих за темою дисертації
1. Лисиця М. П. Дослідження та побудова моделі системи, що контролює параметри технологічного процесу при виготовленні активних НВЧ-чотириполюсників // Збірник наукових праць (техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматика). — Вип. 6. — Кіровоград: КДТУ, 2000. — С. 118 — 121.
2. Лисиця М.П. Внесення похибок еталонів у похибку системи контролю // Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво). — Вип.2. — Полтава: ПДТУ ім. Ю. Кондратюка, 1998. — С. 353-357.
3. Галай М.В., Лисиця П.М., Лисиця М.П. Принцип розподіленого струмового навантаження в пристроях регулювання з виконавчими електромагнітними елементами // Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво). — Вип.2. — Полтава: ПДТУ ім. Ю. Кондратюка, 1998. —С. 350-353.
4. Лисица М.П. Система контроля параметров электронных элементов автоматики // Пути повышения эффективности строительства: Тем. сб. науч. тр. — Киев, 1993. — С.142-150.
5. A. C. 1441468 СССР. Формирователь импульсов с удвоением напряжения / М.П. Ли-сица (СССР). — Опубл. в Б.И., 1988, № 44.
6. Галай Н.В., Лисица М.П. Моделирование систем контроля электрических параметров полупроводниковых приборов // Тез. докл. 44 науч. конф. проф., преп., науч. работников, асп. и студентов ин-та / Полт. ИСИ. — Полтава, 1992, Ч.2. — С.312-313.
7. Лисица М.П. Автоматизированный комплекс измерения электрических параметров твердотельных усилителей СВЧ-диапазона // Сб. тез. обл. научно-технической конф. ученых и специалистов пром-сти и строительства. —Полтава: Обл. совет МУиС, 1990. — С.27-30.
8. Галай Н.В., Лисица М.П. Автоматизированная система контроля полупроводниковых изделий в процессе изготовления // Тез. докл. 43 науч. конф. проф., преп., науч. работников, асп. и студентов ин-та / Полт. ИСИ. — Полтава, 1991. — С.305.
9. Галай М.В., Лисиця М.П. Моделювання похибок системи контролю, що вносяться калiбруючими елементами // Тез. доп. 46 наук. конф. проф., викл., наук. працiвникiв, асп. та студентiв iн-ту / Полт. IБI. — Полтава, 1994. — С.96-97.
10. Лисиця М.П. Моделювання похибок системи контролю, що вносяться вимiрювачем // Тез. доп. 46 наук. конф. проф., викл., наук. працiвникiв, асп. та студентiв iн-ту / Полт. IБI. — Полтава, 1994. — С.100.
11. Галай Н.В., Лисица М.П. Программно-аппаратный комплекс автоматизированного контроля электрических параметров полупроводниковых изделий // Тез. доп. 45 наук. конф. проф., викл., наук. працiвникiв, асп. та студентiв iн-ту / Полт. IБI. — Полтава, 1993. — С.196-198.
12. Лисица М.П. Структура комутуючого тракту автоматизованої системи контролю НВЧ параметрів активних чотириполюсників // Тез. доп. 50 наук. конф. проф., викл., наук. працiвникiв, асп. та студентiв університету / Полтава: ПДТУ ім. Ю. Кондратюка, 1998. — С.4.
АНОТАЦІЯ
Лисиця М.П. Автоматизована система контролю параметрів активних НВЧ-виробів у процесі їх виготовлення.— Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07— автоматизація технологічних процесів.— Кіровоградський державний технічний університет, Кіровоград, 2001.
Має результати теоретичних та експериментальних досліджень, які напрямлені на створення структури, методу розрахунку й алгоритму функціонування системи контролю електричних параметрів активних НВЧ-виробів у процесі їх виготовлення за одноразовим підключенням виробів до даної системи.
Знайдено необхідні значення параметрів калібрувальних елементів та встановлено аналітичні залежності між комплексним коефіцієнтом передачі, коефіцієнтами стоячих хвиль на входах, коефіцієнтом шуму виробу та виміреними рівнями і фазами сигналів на контрольних перетинах. Проведено числовий аналіз внеску похибки калібрувальних елементів і похибки вимірювача в результуючу похибку системи. Приведені дані на впровадження автоматизованої системи у виробництво.
Ключові слова: автоматизована система, НВЧ-тракт, калібрувальний елемент, модель, теоретичні дослідження, параметри, чотириполюсник, система, похибка.
АННОТАЦИЯ
Лисица М.П. Автоматизированная система контроля параметров активных СВЧ-изделий в процессе их изготовления.— Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 — автоматизация технологических процессов.— Кировоградский государственный технический университет, Кировоград, 2001.
Содержит результаты теоретических и экспериментальных исследований, направленных на создание структуры, метода расчета и алгоритма функционирования автоматизированной системы контроля электрических параметров активных СВЧ-изделий, однократно подключаемых к данной системе.
Идея повышения эффективности контроля состоит в совмещении контроля параметров СВЧ-изделия и коммутирующего устройства. Контролируемые параметры СВЧ-изделия определяются на основе установленных аналитических зависимостей между комплексным коэффициентом передачи, коэффициентами стоячих волн на входах, коэффициентом шума изделия и измеренными уровнями и фазами сигналов на контролируемых сечениях. При этом параметры коммутирующего устройства находятся с помощью квазиоптимально выбранных образцовых мер.
В работе обоснована и разработана математическая модель системы автоматизированного контроля электрических параметров активных СВЧ-изделий с использованием теории графов. Предложенная модель позволяет непосредственным выделением 8-полюсника погрешностей и предварительным нахождением его параметров вычислить S-параметры контролируемого четырехполюсника.
Предложена схема СВЧ-тракта, которая обеспечивает контроль S-параметров и шумовых параметров четырехполюсника при однократном подключении образца к системе контроля. Схема позволяет устанавливать все направления прохождения волн через СВЧ-изделие.
Проведено исследование указанного СВЧ-тракта для нахождения векторных характеристик, которые характеризуют 8-полюсник погрешностей, в результате чего был получен редуцированный ориентированный граф данного 8-полюсника.
Найдено решение математической модели относительно параметров 8-полюсника погрешностей и относительно S-параметров четырехполюсника.
Найдено необходимое количество калибрующих элементов и их параметры (ЅS1Ѕ=1,js1 = 180° , ЅS2Ѕ = 1, js2= 0°, ЅS3Ѕ = 0), которые обеспечивают минимальную, устойчивую погрешность системы, работающей в широкой полосе частот.
Проведено численный анализ погрешностей калибрующих элементов и погрешностей измерительных приборов, внесенных в результирующую погрешность автоматизированной системы. При этом выявлено, что за счет погрешности модуля коэффициента отражения эталонов (4 %), погрешности фазы эталонной линии (0.5°), а также погрешности фазы (0.8°) и модуля (0.35 дБ) измерителя уровня сигнала внесение в приведенную погрешность системы контроля составляет не больше 14 % для модуля коэффициента передачи, 2.0° для его фазы и 12 % для КСВвх(вых).
В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработана и изготовлена автоматизированная система контроля, которая позволяет с помощью установленных аналитических соотношений найти S-параметры активного четырехполюсника. Они необходимы для нахождения коэффициента стоячих волн по напряжению для входа и выхода, коэффициента усиления по мощности, фазы коэффициента усиления, нелинейности фазочастотной и неравномерности амплитудно-частотной характеристик.
Основным компонентом всей системы является ПЭВМ. С помощью ее обеспечивается управление ресурсами всей системи, контроль почти всех ее элементов, обработка информации, которая поступает от всех первичных источников и выдача результатов на устройство индикации. При этом основные результаты документируются на печатающем устройстве.
В состав системы входит блок интерфейсный, который принимает от ПЭВМ и выдает на нее соответствующие сигналы. Этот блок представляет собой систему функциональных плат, объединенных шиной обмена информацией. Он обеспечивает доступ ко всем элементам системы с помощью плат паралельного периферийного интерфейса, плат силовых ключей и схем комутации. Управление на начальное программирование самого блока интерфейсного осуществляется с помощью интерфейсной платы через адаптер указанной платы. Камера холода и тепла обеспечивает необходимые температурные режимы СВЧ-изделия.
Фактическая погрешность контроля КСВвх(вых) не превышает 7 % (P = 0.95), модуля коэффициента передачи — 0.4 дБ, фазы коэффициента передачи — 1.21°, что полностью подтверждает результаты теоретических исследований.
Кроме перечисленных выше параметров, система обеспечивает контроль температуры шума и параметров питания и управления, которые характеризуют режим роботы активного четырехполюсника.
Внедрение указанной системы позволило за счет автоматизации технологического процесса контроля параметров активных СВЧ-изделий получить 4-разовый выигрыш в производительности труда. Годовой экономический эффект от внедрения системы в масштабах цен 1997 года составил 85 тысяч гривень.
Ключевые слова: автоматизированная система, СВЧ-тракт, калибровочный элемент, модель, теоретические исследования, параметры, четырехполюсник, система, погрешность.
SUMMARY
M.P. Lisitsa. The automated monitoring system of parameters of active microwaves-items during their manufacturing.— Manuscript.
The thesis for gaining the degree of the candidate of technical sciences for the speciality 05.13.07 — automation of technological processes.— The Kirovograd State Technical University. Kirovograd, 2001.
It contains the results of theoretical and experimental researches aimed to create a structure method of calculation and algorithm to operate the automated monitoring system of electrical features of active microwaves-items during their manufacturing at a sole connection to the given system.
Necessary values of calibrating features of elements have been found and revealed the analytical dependences between complex factor of transfer, factors of immobile waves on inputs, a noise factor of an item and measured levels and phases of signals on control sections. The numerical analysis of accounting an error of calibration elements and error gauge in resulting error of system has been conducted. The data on introduction of automated system in production have been indicated.
Key words: automated system, syperhigh-frequency path, calibration element, model, theoretical researches, parameters, two-port network, system, error.
Підписано до друку 10.12.2001р. Формат 60ґ90/16. Папір друк.
Надруковано на різографі. Умов. друк. арк. 1,25. Зам. № 143/2001 Тираж 100 прим.
ПДТУ ім. Ю. Кондратюка 36601, м. Полтава, Першотравневий проспект, 24
| 
