Измеритель скорости спортивных снарядов

 

Vt1 = t1 – t H ∈(0, )

Vt2 = tK – t 2 ∈(- ,0)

 

где t1 - истинный момент начала временного интервала; t 2 - истинный момент конца временного интервала;

tН - момент начала временного интервала, «привязанный» к счетным импульсам; tК - момент конца временного интервала, «привязанный» к счетным импульсам.

Законы распределения ошибок дискретизации Vt1 и Vt2 являются равномерными (так как моменты появления стартового ( ) и стопового( ) импульсов на интервале между счетными импульсами равновероятны). Плотности распределения ошибок дискретизации ( ) и ( ) показаны на Рис. 9.

 

Рисунок 8 - Плотности распределения ошибок дискретизации

 

Моменты К-го порядка случайной величины, равномерно распределенной на интервале (а, в) определяются следующим выражением:

 

 

Для случайных величин Vt1 и Vt2, К-е моменты будут иметь вид:

 

 

Первые, вторые моменты и дисперсия случайных величин Vt1 и Vt2 согласно ниже приведенным моментам, примут вид:

 

 

Общая (суммарная) ошибка, равная сумме ошибок Vt1 и Vt2 по началу и концу преобразуемого интервала имеет следующие параметры:

 

 

Таким образом, общая ошибка преобразования временного интервала в код с несинхронизированными относительно счетных импульсов начальным и конечным моментами отсчетов имеет нулевое среднее значение и дисперсию .

Существует и второй источник погрешности ПВК – нестабильность частоты тактового генератора G.

Рассмотрим связь между коэффициентом нестабильности частоты тактового генератора и погрешностью преобразования временного интервала.

Если за счет нестабильности новое значение частоты генератора G станет равным , то новое значение периода следования счетных импульсов будет рассчитываться по следующему выражению:

 

 

Очевидно, что наибольшая ошибка получится при преобразовании максимального временного интервала , для которого при номинальной частоте счетных импульсов .

Для того, чтобы ошибка в показаниях счетчика из-за ухода частоты тактового генератора не превышала единицы младшего разряда, нестабильность генератора должна быть:

 

 

Это соотношение определяет минимальный уровень стабильности частоты тактового генератора, при котором погрешности преобразования временного интервала в код, обусловленные нестабильностью периода повторения счетных импульсов , находятся на уровне временного квантования.

Так как , то можно определить максимально возможное значение временного интервала, при котором ошибка от нестабильности частоты генератора не превышает единицы младшего разряда.

 

 

Из выражения видно, что при использовании генератора с хорошей кварцевой стабилизацией ошибка нестабильности частоты генератора практически не ограничивает диапазон измеряемых временных интервалов.

Общая ошибка преобразования временного интервала в код с не синхронизированными относительно счетных импульсов начальными и конечными моментами отсчетов имеет нулевое среднее значение и дисперсию , что должно составлять 0.01 от ошибки измерения.

Таким образом, можно узнать , зная минимальный период определяемой формулой:

 

 

Таким образом, . Измеряемая высота Н и период связаны между собой линейно.

Можно вычислить, какому кванту высоты h соответствует квант периода по следующей формуле:

 

 

 

Получаем квант высоты . Для удобства уменьшим для получения круглого значения кванта высоты и вычислим из этого новое значение по формуле:

 

 

Получим новое значение .

Зная максимальный период , можно вычислить число разрядов необходимых для представления периода (высоты) в двоичной системе исчисления. Для этого нужно знать число временных квантов N, укладывающихся в максимальный период .

Число временных квантов N рассчитывается по следующей формуле:

 

 

Таким образом, что соответствует . Число разрядов необходимых для представления периода в двоичной системе исчисления равно 11.

 

2.2 Экспоненциальное усреднение

 

После измерения периода осуществляется экспоненциальное усреднение на основе следующего выражения:

 

 

где - текущее среднее; - предыдущее среднее; - текущее значение.

Коэффициент для удобства выбирается , так как в этом случае деление на М можно реализовать сдвигом на n разрядов.

Итерационный процесс приводит к следующему выражению:

 

 

Данное выражение можно преобразовать в следующее выражение:

 

 

Длительность переходного процесса до того как не достигнет уровня 0,67 должна не более 0.1с.

Из этого условия можно получить коэффициент M. На Рис. 9 представлен переходный процесс.

При переходном процессе .

Преобразуя сумму

 

 

получаем следующее выражение:

 

 

Рисунок 9 – Переходный процесс

 

Получаем . Для удобства берем .

Для реализации операции экспоненциального усреднения необходимы два 32-х разрядных АЛУ и два регистра.

Одно АЛУ необходимо для вычисления .

Необходим сдвигающий регистр для выполнения деления на М. Деление на М ( ) осуществляется сдвигом на десять разрядов влево.

Необходим регистр для хранения значения полученного в предыдущий момент времени .

 

Рисунок 10 - Цифровое устройство реализующее операцию экспоненциального усреднения

 

 

Также необходимо АЛУ для сложения и .

Таким образом, после измерения текущего значения периода, на первое АЛУ из запоминающего регистра поступает предыдущее усредненное значение периода и рассчитывается разность этих значений.

Далее, полученная разность передается на регистр, которые выполняет деление данной разности на коэффициент М при помощи сдвига на n-число разрядов.

Данное отношение передается на второе АЛУ, в котором рассчитывается сумма этого отношения и усредненного предыдущего значения периода. На выходе АЛУ получаем новое усредненное значение периода, которое запоминается в запоминающий регистр.

На Рис. 10 представлено цифровое устройство реализующее операцию экспоненциального усреднения.

 

 

ГЛАВА 3. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

В данной части дипломного проекта будет рассматриваться вопрос, насколько эффективно в финансовом плане применение того или иного оптического датчика.

В настоящее время существует множество видов уже разработанных оптических датчиков, каждый из которых обладает уникальными техническими характеристиками. На основе сравнения технических данных и стоимости приборов будет производиться расчет в данной части дипломного проекта.

Для сравнения были выбраны 2 оптических датчика: ADNS-3060 и ADNS-2620. Сравнение будет проводится на основе параметров, представленных в таблице 3.1.

 

Таблица 3.1

Параметр	ADNS-3060(дипл.)	ADNS-2620(анагол.)
Диапазон напряжения питания(В)	От 3.1 до 3.6	От 4.1 до 5.5
Ток потребления(мА)	60	30
Стоимость датчика (руб.)	800	700

 

Срок службы ADNS-3060 и ADNS-2620 одинаковый равен 4 года.

1) Расчет  годового экономического эффекта  будет вести по формуле приведенных  затрат.

 

П=С+Ен*К

 

где П - приведенные затраты;

С – годовые эксплуатационные затраты(руб./г);

Ен – нормативный коэффициент нормативности(равен 0.3);

К – капитальные затраты(руб.).

2) Расчет  годовых эксплуатационных расходов.

а) Амортизация.

 

А=ЦУ*Н

Н=100%/4 года=25%

 

где Н – норма амортизации(25% за 1 год).

ЦУ – цена устройства(руб.).

Адиплом=800*0.25=200(руб.)

Ааналог=700*0.25=175(руб.)

б) Определяем коэффициент тождественного эффекта по напряжению питания.

5.5В/3.6В=1.53(В)

в) Определяем коэффициент тождественного эффекта по току.

60мА/30мА=2(мА)

В качестве эксплуатационных расходов в данном случае используется амортизация в аналоге ее величина меньше, чем в дипломе, но в дипломе имеются более лучшие основные параметры. Общая величина коэффициента тождественного эффекта, которой учитывает более лучшие основные параметры составляет величину.

1.53*2=3.06

При учете лучших основных параметров эксплуатационные затраты по аналогу составит 175*3.06=535.5. Эксплуатационные затраты по диплому равны 200.

Приведенные затраты:

Пдиплом=200+0.3*800=200+240=440

Паналог=535.5+0.3*700=535.5+210=745.5

Годовой экономический эффект равен:

 

Эгод. =Паналог-Пдиплом

Эгод.=745.5-440=305.5(руб.)

 

Таким образом, делаем вывод, что был сделан правильный выбор устройства, наилучшее по своим параметрам и наименьшими затратами на приобретения датчика.

 

 

ГЛАВА 4. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ И ОХРАНА ТРУДА

 

4.1 Анализ  условий труда

 

Работа с любым радиооборудованием связана с воздействием на рабочего электромагнитных полей. Радиовысотомеры работают на сверхвысоких частотах в диапазоне от 444 МГц на радиовысотомере типа РВ-2, до 4,4 ГГц на радиовысотомере А-037, что создает дополнительную опасность при обслуживании оборудования в закрытом помещении. Условия труда могут меняться в зависимости от типа летательного аппарата, на котором установлен радиовысотомер: например, условия труда на экраноплане характериризуются повышенной влажностью воздуха в силу полета над поверхностью воды на малых высотах.

Основными источниками электромагнитной энергии радиочастотного диапазона в производственных помещениях являются неэкранированные высокочастотные блоки установок.

Взаимодействие внешних электромагнитных полей с биологическими объектами осуществляется путем наведения внутренних полей и электрических токов, величина и распределение которых в теле человека зависит от целого ряда параметров — таких, как размер, форма, электрические и магнитные свойства тканей (электрическая/магнитная проницаемость и электрическая/магнитная проводимость), ориентация объекта относительно поляризации тела, а также от характеристик электромагнитных полей (частота, интенсивность, модуляция и др.).

Поглощение и распределение поглощенной энергии внутри тела существенно зависит от формы размеров облучаемого объекта, от соотношения этих размеров с длиной волны излучения.

В последнее десятилетие получила дальнейшее развитие информационная теория воздействия электромагнитных излучений, основанная на концепции взаимодействия внешних полей с внутренними полями организма. К критическим органам и системам относят центральную нервную систему, глаза, гонады, кроветворную систему. Описаны эффекты со стороны сердечно-сосудистой и нейроэндокринной системы, иммунитета, обменных процессов. Появились данные об индуцированном влиянии электромагнитных излучений на процессы канцерогенеза.

Биологическое действие электромагнитных излучений зависит от длины волны (или частоты излучения), режима генерации (непрерывный, импульсный); условий воздействия на организм (постоянное, прерывистое, общее, местное, интенсивность, длительность).

Существенными различиями в количестве падающей и поглощаемой энергии объясняется меньшая биологическая активность локальных облучений частей тела (за исключением головы) по сравнению с общим воздействием.

Поражения, вызываемые электромагнитными излучениями, могут быть острыми и хроническими.

Острые поражения возникают при воздействии значительных тепловых интенсивностей электромагнитных излучений. Они встречаются крайне редко — при авариях или грубых нарушениях техники безопасности. Острые поражения отличаются полисимптомностью нарушений со стороны различных органов и систем, при этом характерны выраженная астенизация, диэнцефальные расстройства, угнетение функции половых желез. Пострадавшие отмечают отчетливое ухудшение самочувствия во время работы с радиолокационной станцией или сразу после ее прекращения, резкую головную боль, головокружение, тошноту, повторные носовые кровотечения, нарушение сна. Эти явления сопровождаются общей слабостью, адинамией, потерей работоспособности, обморочными состояниями, неустойчивостью артериального давления и показателей белой крови; в случаях развития диэнцефальной патологии — приступами тахикардии, профузной потливости, дрожания тела и др. Нарушения сохраняются 1,5—2 месяца. При воздействии высоких уровней электромагнитных излучений (более 80—100 мВт/см2) на глаза возможно развитие катаракты.

Для профессиональных условий характерны хронические поражения. Они выявляются, как правило, после нескольких лет работы с источниками электромагнитных излучений микроволнового диапазона при уровнях воздействия, составляющих от десятых долей до нескольких мВт/см2 и превышающих периодически 10 мВт/см2 . Симптомы и течение хронических форм радиоволновых поражений не имеют строго специфических проявлений. В клинической картине выделяют 3 ведущих синдрома: астенический, астеновегетативный и гипоталамический.