Проектирование системы измерения электрических параметров каналов звуковой частоты (стр. 8 из 22)
После этого блок измерителя переходит в состояние ожидания дальнейших распоряжений от ПЭВМ. И данный цикл повторяется в течение всего времени работы изделия до отключения питания.
На рисунке 1.5.1 изображен общий алгоритм работы блока измерителя.
Рисунок 1.5.1
1.6 Расчет потребляемой устройством мощности
Расчет потребляемой мощности производится суммированием мощностей, потребляемых каждой микросхемой устройства. Расчеты приведены в таблице 1.6.1.
Таблица 1.6.1
| Микросхема | Потребляемая мощность, Вт | Количество | Итого, Вт |
| MAX475 | 0,00435 | 2 | 0,0087 |
| ADM705 | 0,00125 | 1 | 0,00125 |
| QO105BIC | 0,2 | 1 | 0,2 |
| TMS320C31 | 0,85 | 1 | 0,85 |
| 74S161J | 0,635 | 1 | 0,635 |
| 74LS04 | 0,004 | 1 | 0,004 |
| AM27C256 | 0,0001 | 1 | 0,0001 |
| 74LS138J | 0,032 | 1 | 0,032 |
| AS7S128K32 | 0,66 | 1 | 0,66 |
| TL16C550 | 0,05 | 1 | 0,05 |
| ADM242 | 0,01 | 1 | 0,01 |
| CS4390 | 0,225 | 1 | 0,225 |
| 74LS194 | 0,075 | 1 | 0,075 |
| AD7112 | 1 | 2 | 2 |
| CS5360 | 0,375 | 1 | 0,375 |
| DIP0,5-1A72 | 0,120 | 6 | 0,72 |
| Итого | 5,85 |
Таким образом, мощность, потребляемая проектируемым устройством, равна 6 Вт.
1.7 Расчет надежности измерителя
Надежность – очень важная техническая характеристика радиоэлектронного устройства. При низкой надежности невозможна эффективная работа данного устройства. Если изделие часто ломается, требует постоянного ремонта, то изготавливать данное устройство нецелесообразно. Данная проблема стоит очень остро в современной радиоэлектронике. Из-за постоянно растущих требований к радиоэлектронному оборудованию, радиоэлектронные приборы являются очень сложными и состоят из множества элементов. С ростом количества используемых в изделии элементов пропорционально снижается надежность данного устройства. Первые ЭВМ, сделанные на огромном количестве транзисторов, большую часть времени ремонтировались, а не работали.
Поскольку работоспособность изделия зависит от огромного множества факторов, учесть все из которых не представляется возможным, надежность изделия определяется вероятностными характеристиками. Вероятность безотказной работы на определенном интервале времени P(To) это вероятность того что, проработав в течение заданного промежутка времени, изделие окажется в неработоспособном состоянии. Для изделий, прошедших период приработки и не достигших периода старения, когда вероятность отказа резко возрастает, вероятность безотказной работы определяется законом Пуассона:
P(To)=e-lTo
l - результирующая интенсивность отказов, To – промежуток времени, на котором рассчитывается вероятность безотказной работы.
Наработка на отказ это математическое ожидание времени безотказной работы. За этот промежуток времени вероятность безотказной работы уменьшается в е раз.
Поскольку проектируемое устройство имеет минимальную структуру, то есть отказ любого элемента приводит к отказу всего устройства, для расчета надежности воспользуюсь средне-групповым методом. В соответствии с данным методом результирующая интенсивность отказов вычисляется по формуле lp=( Sni lI)
li – интенсивность отказов элементов i-ого типа
ni - количество элементов i-ого типа
В представленной ниже таблице приведены данные элементов, встречающихся в схеме:
Интенсивность отказов Таблица 1.7.1
| № | Тип элемента | Число элементов ni, шт. | Интенсивность отказов (с учетом поправок) li×106, час-1 | Произведение ni×li×106× |
| 1 | Микросхемы | 23 | 4 | 92 |
| 2 | Конденсаторы | 29 | 0,05 | 1,45 |
| 3 | Резисторы | 20 | 0,2 | 4,0 |
| 4 | Кварц | 1 | 16 | 16 |
| 5 | Разъемы | 13 | 0,062 | 0,806 |
| 6 | Пайки | 497 | 0,01 | 4,97 |
| 7 | Резисторы переменные | 2 | 0,26 | 0,52 |
| Сумма | 119,746 |
Тогда lp=( Sni lI)=119,746
Наработка на отказ Тср=1:lp= 8351 час
Таким образом, наработка на отказ удовлетворяет техническому заданию.
2 КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
2.1 Патентный поиск
В результате проведения патентного поиска были найдены следующие близкие по техническим решениям и назначению разработки:
1 Система для тестирования и обслуживания звукового оборудования А1.
Производитель: фирма Neutrik.
Описание: Система А1 представляет собой измерительный электроакустический комплекс высшего класса, состоящий из двух блоков - генератора и анализатора. По функциональным возможностям он сравним с работой семи приборов одновременно, а стоить будет гораздо меньше. Комплекс применяется в исследовательских и прикладных целях для измерений и анализа практически любых параметров звукового сигнала: уровня, коэффициента усиления, гармонических, интермодуляционных и перекрестных искажений, частотных и фазовых характеристик, шума и детонаций. Также А1 может работать как осциллограф. Дополнительно устанавливается программный модуль измерителя корреляции. Каждый экземпляр прибора сопровождается сертификатом, в котором указаны его индивидуальные особенности, такие, как уровень собственного шума (как правило, менее 92 дБ) и общий коэффициент искажений (менее 0,0025%).
Технические характеристики:
Максимальное входное напряжение: 300 В (пик), 200 В (RMS)
Минимальное входное напряжение: 1,2 мВ
Входной импеданс: 100 кОм
Диапазон выходного напряжения генератора: 245 мкВ…7,75 В
Максимальное выходное напряжение: 24,5 В (RMS)
Выходной импеданс: менее 0,2 Ом
Частотный диапазон генератора: 20 Гц…40 кГц
Частотный диапазон анализатора: 16 Гц…200 кГц
Напряжение питания: 100…240 В, переключаемое
Потребляемая мощность: 60 Вт
2 Автоматическая измерительная система A2/A2-D
Производитель: фирма Neutrik.
Описание: Система А2/А2-D представляет собой автоматический измерительный комплекс высшего класса. Его функциональные возможности гарантируют выполнение широчайшего спектра задач по тестированию звукового сигнала и оборудования, а также визуального контроля и документирования результатов измерений. Он может применяться в исследовательских или прикладных целях для измерений и анализа практически любых параметров звукового сигнала, таких как уровень сигнала, коэффициент усиления, частотные характеристики, коэффициент гармонических, интермодуляционных и перекрестных искажений, уровень шума и детонации, фазовые и спектральные характеристики. Благодаря многопроцессорной архитектуре и высокому быстродействию центрального процессора A2/A2-D во много раз превосходит другие измерительные приборы по количеству одновременно выполняемых вычислений и достоверности их результатов. Сложные задачи решаются с помощью простого и удобного пользовательского интерфейса. Следуя сложившейся практике, в измерительных целях может использоваться как аналоговый, так и цифровой сигнал.
Технические характеристики:
Аналоговый сигнал
Максимальное входное напряжение: 300 В (пик), 200 В (RMS)
Минимальное входное напряжение: 1,2 мВ
Входной импеданс: 100 кОм, 600 и 200 Ом, переключаемый
Минимальное выходное напряжение: 10 мВ
Максимальное выходное напряжение: 24,5 В (RMS)
Выходной импеданс: менее 15 Ом, 150 Ом, 200 Ом, переключаемый
Частотный диапазон: 10 Гц…100 кГц, ±0,05 дБ в диапазоне 20 Гц…20 кГц
Коэффициент гармонических искажений: менее -94 дБ
Цифровой сигнал
Формат: AES/EBU, IEC958, TosLink
Импеданс: 110 Ом, 75 Ом, переключаемый
Частота дискретизации: 32 кГц, 44,1 кГц, 48 кГц, подстраиваемая в пределах ±1500 ppm
Разрядность: переключаемая, 4…24 бит
Выходное напряжение несущей: 0,15…5 В
Цифро-аналоговое преобразование: 16 бит, 48 кГц
Физические параметры
Напряжение питания: 100…240 В, переключаемое
Потребляемая мощность: 85 Вт
3 Аудиоанализатор компьютерный АК-1
Производитель: Компания НИИР-КОМ
АК-1 обеспечивает создание информационно-измерительных систем аппаратно-студийных комплексов, каналов и трактов звукового вещания и звукового сопровождения телевидения.
Режимы работы:
- генерация периодических измерительных сигналов по выбору;
- генерация последовательности различных измерительных сигналов для автоматического анализа параметров тракта звукового вещания;
- автоматический анализ основных параметров трактов звукового вещания с оценкой их энтропийных отклонений и контролем по уровням допустимых отклонений и брака (измерение до 4-х моно- или 2-х стереотрактов);
- осциллографические измерения формы и спектра сигналов с возможностями изменения их масштаба (электронная лупа);
- статистическая оценка параметров каналов и сохранение результатов в базе данных;
- статистическая оценка динамических звуковых сигналов в процессе передачи программ вещания;
- режим гониометра;
- стандартный компьютерный режим.
Измерительные сигналы обладают следующими основными качественными показателями:
- диапазон частот = от 5 Гц до 20 кГц с шагом перестройки 0,5 Гц;