УДК 546.212:576.7

ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ДВУХКООРДИНАТНОГО ПЛАНШЕТНОГО ПОТЕНЦИОМЕТРА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГИСТРАЦИИ ПАРАМЕТРОВ В ДЛИТЕЛЬНОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ

©1997г. В. В. Жилкин

Реальное состояние материально-технического обеспечения научных экспериментов заставляет активно искать альтернативные источники комплектования научно-исследовательской работы приборами и материалами. Очень интересным является опыт использования приборов и устройств предыдущих поколений совместно с конструкциями , разработанными с использованием новой элементной базы. Так при разработке сервисного окружения Устройства для определения содержания свободной воды в биологических тканях [1], с целью регистрации показаний датчика перемещения мембраны [2] использовался потенциометр планшетный двухкоординатный ПДП4-002 [3] с точностью графической регистрации потенциалов (напряжения электрического тока ) менее 1 %.

Основной задачей в данном случае было обеспечение прецизионной регистрации состояния датчика на временной оси. Возможности такого использования планшетный потенциометр ПДП4-002 не имеет .

Планшетный потенциометр ПДП4-002 позволяет регистрировать на диаграммном бланке два функционально связанных параметра каждый из которых является электрической величиной напряжения постоянного тока. Для временной развертки измеряемых параметров необходимо обеспечить перемещения пера по оси абсцисс путем подачи линейно изменяющегося напряжение с длительностью периода нарастания, определяемой длительностью эксперимента .

Генерация такого напряжения с использованием релаксационного генератора на стандартных принципах разряда резистивно-емкостной цепи не обеспечивает необходимой в эксперименте линейности даже с использованием различных методов линеаризации экспоненциального закона разряда емкости [4], кроме того очень сложно обеспечить стабильность временных характеристик релаксатора особенно при длительности процесса в несколько часов.

Для получения требуемого изменения напряжения использован цифровой метод с применением кварцевой стабилизации параметров нарастания напряжения, обеспечивающий стабильность, определяемую стабильностью кварцевого резонатора - 10^-5.

Структурная схема устройства представлена на рис. 1.

Рис. 1

Структурная схема прецизионного источника линейно изменяющегося потенциала

Задающий генератор (ЗГ) вырабатывает стабилизированную кварцевым резонатором последовательность импульсов, которая путем деления в счетчике СТ1 приводится к периоду равному дискретному шагу отсчета. В счетчике СТ2 происходит суммирование импульсов с выдачей на выходе результата в двоичном коде, который используется в качестве весовых коэффициентов для аналого-цифрового преобразователя - АЦП, предназначенного для преобразования двоичного кода в уровень напряжения.

Использование современных, широкодоступных интегральных микросхем с высокой степенью интеграции позволило простыми средствами реализовать предложенную структуру.

Выбор элементной базы производился на этапе проектирования эвристическими методами с учетом наличия имеющейся номенклатуры интегральных микросхем [5] и требованиями к промежутку между регистрацией показаний 1 с - 10 мин и общей продолжительности эксперимента 1-10 час. Окончательный расчет и уточнение электрической принципиальной схемы проводился на разработанной схеме.

Принципиальная электрическая схема источника линейно изменяющегося потенциала представлена на рис.2.

Рис. 2

Электрическая принципиальная схема источника линейно изменяющегося напряжения.

Задающий генератор выполнен с использованием специализированной часовой интегральной микросхемы DD1 - К176ИЕ5. Из состава указанной микросхемы также использован счетчик импульсов, делящий частоту кварцевого резонатора 32768 Гц до последовательности с частотой 1 ГЦ, для дальнейшего деления с целью получения периода от 1 до 1000 секунд использованы три десятичных счетчика DD2-DD4 -К176ИЕ8, переключением выходов каждого из них можно добиться необходимого коэффициента деления и соответственно длительности интервала отсчета. Суммирование отсчетов выполняется при помощи двоичного счетчика DD5 - К176ИЕ16. Аналого-цифровой преобразователь реализован на резисторной матрице R3-R20.

В итоге получен следующий результат:

дискретность отсчета - 64 измерения;

длительность промежутка между отсчетами - 1-1000 сек;

период временной развертки - 64 - 64000 сек;

максимальная продолжительность исследования - 17ч. 46мин. 40с.

минимальная продолжительность исследования - 64 сек.

Применение унифицированного ряда интегральных микросхем позволяет, при необходимости наращивать разрядность разработанного устройства и изменять его характеристики в зависимости от требований.

ЛИТЕРАТУРА

1. Махнач М. М. Устройство для определения содержания свободной воды в биологических тканях. - Патент РФ №2089903.

2. Гумиров Р.З. Об измерении перемещения мембраны реактора устройства для определения содержания свободной воды в биологических тканях. - Математическая морфология. - Том2. - Выпуск 2 . - 1997. - C. 147-154.

3. ОКП 421744 Потенциометр планшетный двухкоординатный ПДП4-002. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

4. Основы промышленной электроники. Под ред. проф. В. Г. Геоасимова. - М.: Высшая школа, 1986. - 360 с.

5. Богданович М.И. Грель И.Н. Прохоренко В. А. Шалимо В.В. Цифровые интегральные микросхемы Справочник - Минск : Беларусь, 1994.

Исследование выполнено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (Проект РФФИ №96-04-50991).

Кафедра №1

Смоленская военная академия ПВО СВ РФ

Поступила в редакцию 20.03.97.