автоматизация измерений электрических характеристик

J
o s.
_
.;...
o
л_
г
_
ов_
Ех__
Е_
и .....2
_
н о_
_
м _Е_н_
н_ I_Т
ь
_
ои
Р_Е_
_
_
_
и_с_
я _
и
_
лц_
_
ом _ти
.д:_
_
_з_
б9
_т
s_
9
I_•_
4__АВ
з
IN_о_
_
s
s
_t4_________
· __
центрального процессара SM2-CPU с uU"rPnttv>l�
ным модулем SM2- ЕТН (для работы по ,JIZ..,.__�
Ethemet); модули ввода дискретных
SM-DINl и вывода дискретных сигналов SMDOUTl; источник питан ия SM2-DC24V. Св�
АВТОМАТИЗАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
АНТЕННЫХ СИСТЕМ
·
О.П. ПонОJШlрёв, Н.Н. См11рнов
Рассмотрено использование программируемЬIХ ло­
гических контромеров для автоматизации изме­
рений электрических характеристик антеннЬIХ
систем в условиях безэховой камеры. На основе
экспериментальнЬIХ даннЬIХ исследования распре­
деления электромагнитного поля во внутренней
области
отражателей
с
круговым
---"""':
профилем
даны рекомендации по минимизации погрешнос­
тей измерений.
Измерениям электрических характерИстик ан­
тенных систем (АС) на открЫТЪIХ полигонах при­
сущ ряд недостатков. По этой причине наuти ши­
рокое применение изолированные от внешних
влияний безэховые камеры (БЭК), представляю­
щие собой закрытые экраниро ванные- помещения,
в которых спецИ:алъными способами обеспечи­
ваются условия свободногО 'пространства и безэхо­
вости [1, 2]. В этих камерах изм�ряют электричес­
кие характеристики АС в бЛИжней зоне приёма
между ПЛК и ПК обеспечивается по двум ли­
ниям: последовательному асинхронному интер­
фейсу
Для
RS-232C и сети Ethemet.
уnравления режимами работы ШД в среде
ISaGRAF-3.x разработано проrраммное обеспе-
чение (ПО)·- проект STEPDRV3. При задании
очерёдности и длите льности управляю щих им­
пуЛьсных последовательностей интервал времени
в 60 мс разбивается на дискретные подынтервалы
импульсов, выдаваемые модулем SM-DOUTl в
прямом режим е и при реверсе. ПО ПЛК состоит
из трёх проrрамм, написанных на языке последо­
вательных функциональных схем
SFC. ПО содер­
жит главную проrрамму таiп и две дочерние про­
rраммы: fwd- для обеспечения прямого хода IIIД
и bwd - для реверса. Для удобства оценки поr­
решности позиционирования максимальный ход
. каретки· в одном напрамении оrраничивался 896
шагщи поJЩошагового режима.
Абсолютная поrрешность позиционирования
896
сиrналов. Один из распространеНных методов Jt:З:­
каретки на
мерения сиrналов основан на сканировании по­
верхности объектов измерений активным или пас­
сивным зондом, расположенным в так называе­
мом .раскрыве исследуемой АС. Специализиро­
ванные автоматизированные комплексы для из­
мерения характеристик АС обеспечиваЮт необхо­
димую скорость обработки результатов измереНий,
приемлемые точность и достоверность получае­
мых оценок [3, 4]. Однако стоимость таких комп­
лексов высока. В автоматизированных комплексах
целесообразно использовать проrраммируемые
логические контроллерЫ (МК) промышленн:рrо
назначения, с помощью которых, в часuюсти,
осуществля ют управленИе электро приводами с
шаговыми двигателями (ШД). Преимуществами
электроприводов с ШД явля ются "возможНоСть не­
ного шага. В автоматизированном измерительном
комплеl(се бьmа обеспечена совместимость его
составных элементов на аппаратном и проrрам­
посредственного цифрового упрамениЯ с помо­
щью переанального компъюrера (ПК) или специа­
лизированного ПЛК, высокое быстродействие и
большой вращающий момент.
За основу nредлагаемого автоматизирова$ого
комплекса для измерения распределения 'Элект­
рического поля вдоль линейной координаты был
взят ПЛК SМART-2 фирмы РЕР Modular
Computers (Германия). Комплекс содержит элек­
тропривод с ШД 4SHG023A39S, многофункцио­
'
плату PCL8J.8Ls фирмы· .Advantech
(Тайвань) и ПК с инСтрументальной . сре,zч:>й
ISaGRAF-З.x фирмы CJ Intemational (Франция).
нальную
При позиционировании измерительного зонда
в конфигурацию ПЛК SМART-2 входят модуль
шагах не превышала размера од­
мном уровнях. Блок-схема алгоритма управления
измерительной установкой показама на рисунке,
а в таблице предстаWiено описание её блоков.
Разработанный проrраммно-аппаратный комп­
лекс используется для измерения распределения
напряжённости электрического поля вдоль оси по­
лусферического отражателя сферической зеркаль­
ной антенны сантиметрового диапазона. Выбор
объекта измерений абуеломен тем, что сферичес­
кие антенны являютс я эффективным средством
сканирОвания диаrрамм направленности (Дll) в
заданном диаПазоне углов и mбкого управления
амплитудно-фазовым распределеНием поля в рас­
крыве гибридных зеркальных антенн [5, 6].
Высокочастотная часть I(омnлекса состоит из
полусферического отражателя радиусом 23 см,
Л 14 -зонда (вибратора) в вИде продолжения цен­
трального проводника коаксиального кабеля РК50, ·п одвижной каретки матричного принтера
�Epson• и детекторной секции. РаскрЪIВ полусфе­
ры обзiучался из дальней зоны на длине волны
3,2 см вертикально-поляризованным Полем и го­
ризонтальн_о-поляризованным полем для измере­
ния распределения радиальной компоненты Ег
и тангенциальной компонентЬI Е1 соответствен­
но. Для выделения бегущей волны и минимиза­
ции переотражений от выступающих частей экс­
периментального комплекса нижняя часть рас-
·
J9-4931 «АВТОМАТИЗАЦИЯ И СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ•. 2008. N2 4
15
Описание блоков алгоритма управлени автома111зированной измерительной установкой
�-;.�-� ·-..,.,..�
. N �- ·��,,. .
"' ''""�·?.Г"' '�
�
'!if"� ��,..-)�
tооозначеиие'б.ЛоКа .� �ry
::�·� · '"�:!:�71"!� tЖ�..;;�-tА.:.о ;� ���� ,:З:; ��.�- ·s:'" ·�i 9ПВ�e-�бJiOd:f�.;t�� .. ..
.
" ��. ���. 1��д:
К1
Выбор режима: «прогон•, «Точка»
�- ..,." · �� -
�.,.•
_ .. .
.-
_-
_
t
Al
Установка режима •прогон»
К2
Установка параметров: число проrонов; число отсчетов (выборок) на шаге;
диапазон начала Xmin и конца Xmax
прогона
А2
Установка «ручного• режима выбора шага
кз
Установка координаты х точки позиционирования каретки
К4
К5
АЗ
УстановJ9i длины. Шага
Запуск подпрограммы управления дляной шага
.
Пропадание сигнала генератора на время
..
t>txpкr
Кб
Архивпрованне данных в
К7
Прогон каретки в диапазоне координат x min .. .xmax
К8
SCADA
Измерение амrщйтуды A;(i
-
системе
Trace Mode
5
-номер шага) на проrоне.
Измерение максимальной амплитуды A.n..v в диапазоне
А4
К9
Поовеока vсловия
А.>сА
Опред�ление числа шагов n
А5
·
Проверка условия
(с
,
-
ко�станта)
для выбора которых вщолняется условие
А. � с.А"".х
n � nxpкr
KJO
Вывод сообщения о неисправности генератора
Kll
Построение трендов
К12
Проверка стабильности рабочей частоты генератора
Аб
х,.,;" .. .x,.,,.v
Проверка частоты по условию
крыва закрывалась радиопогдощающим покры­
тием. Программно-аппаратная часть комплекса
lfo -8 fol $е (е
- константа;
б/0
-девиация частоты)
АС в дальней зоне представляет собой комплекс­
ную задачу. Эта задача заключается в обеспече­
управляла линейным перемещением измеритель­
нии требуемого уровня безэховости БЭК, плос­
ного зонда в пределах заданного ИНТервала riере­
кого фронта падающей волны на раскрыв иссле­
мещени� и числа прогонов каретки. Шаг зонда
составлял .0,4 мм при полношаговом и
дуемой АС и учёта поrрешностей измерений от
0,2 мм при
его сферичности . При этом необходим учёт из­
Распределение поля. -реmстрировалоеь напря­
взаимной юстировки элементов эксперименталь­
полушаговом режимах.
мерения формы и структуры облучающей ДН,
Жением ца выходе многофунiЩJiОJ:IЗ,ЛJ>Щ>Й платы
ной установки, точности технологического вы­
как среднее арифметическОе трёх из­
полнения зеркал АС и др. Наибольшее значение
мерений в. каждой точке фиксировсщного поло­
имеют поrрешноtти, обусловленные переотраже­
PCL818LS
жения зонда., Результаты обработКи измеритель­
ниями от элементов установки и окружающих
ной информации фиксировались на автоматизи­
объектов.
рованном рабочем месте оператора, посТроенном
зависит от конкретных задач по исследованию
в среде VisiDAQ фирмы Advantech.
Минимизация поrрешностей . автоматизиро­
ванных измерений электрических характеристИк
Ранжирование
других
характеристик АС при заданных
поrрешностей
поляризации
поля, длине волны и размерах объекта.
Разработанный
авrоматизированный
измери-
ISSN 0869-4931 �АВТОМАТИЗАЦИЯ И СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ•. 2008. � 4
16
нет
нет
нет
нет
да
нет
Блок-схема &Jm)рвтма уораалеВИJI измервтеJIЬRой уставовкой
тельный комплекс отличается простотой реализа­
ции , возможносrью функционального расширен ия
и исполъзованием Доступного сriщдартноrо ПО.
Список литературы
1. Бахрах л.д., Куро� А.П. Голоrрцфия
роволновой технике. М.: Сов. ра,tЩо, 1979.
в мик­
2. Страхов А.Ф. Автоматизированные антенные из­
мерения. М.: Радио и связь, 1985.
3. .Аидросов В.А., Епапо И.В., Кришrоnов А.В.
Автоматизированный комплекс измерения характерис­
mк антенн по ближней зоне. Радиотехника� 2002. N.! 9.
4. АветиСJIВ В.Г..
Авrоматические IШанарные изме­
рения бли.жних полей антенн
мнллиметровьtх волн.
в
5.
в
диапазоне коротких
PaдuomexnuJЦJ. 2007. ·Nl 2.
ПоноМа:рёis О.П. Решение уравнений Максвелла
сферической системе коордИнат· с использованием
сферичесiСИJf зер­
PaiJuomexниJЦJ. 2006. N1 4.
груnnы вращений. Приложение для
кальных антенн.
б.'_.Пономарев О.П.,
дифракционных своЙСтв
ля
шт
антенных
ве.,юв
систем
Paдui:Jinexнuк.a. 2007. N.! 2.
И.А. МоДелирование
подусферического отражате­
фазометрических
РЛС.