идёт загрузка...
ОПК 
21 мая 2021

Применение емкостных датчиков угловых перемещений при модернизации военной техники

Разработанные АО «НТЦ ЭЛИНС» емкостные датчики угловых перемещений уже применены в ряде прицельных боевых комплексов

ОлегРубичевНачальник отделения разработки измерительной техники АО «НТЦ ЭЛИНС»

Рис. 1. Емкостной датчик с полым валом.

В соответствии с вызовами времени человечество постоянно решало задачи повышения точности измерений и вычислений. Без современных измерительных приборов не было бы возможно появления чудес света, эпохи великих географических открытий, выхода человека в открытый космос и изучения далеких звезд.

Цивилизация всегда ставила перед собой амбициозные задачи, решение которых на долгое время определяло курс развития. Одной из таких задач является глобальная автоматизация производства, ведь это поможет освободить человеческие ресурсы и направить их на решение фундаментальных задач.

Рис. 2. Емкостной датчик на замену ДУД 1А29.

В соответствии с вызовами времени человечество постоянно решало задачи повышения точности измерений и вычислений. Без современных измерительных приборов не было бы возможно появления чудес света, эпохи великих географических открытий, выхода человека в открытый космос и изучения далеких звезд. Цивилизация всегда ставила перед собой амбициозные задачи, решение которых на долгое время определяло курс развития. Одной из таких задач является глобальная автоматизация производства, ведь это поможет освободить человеческие ресурсы и направить их на решение фундаментальных задач.

Технический прогресс неотвратимо делает нашу жизнь более комфортной и удобной, в то время как совершенствование военной техники помогает повысить безопасность военнослужащих и добиться, казалось бы, недостижимой точности поражения целей. Одним из важнейших вопросов, которые необходимо решать на пути к роботизации, является возможность точного управления электроприводами. Помочь в решении поставленных задач могут высокоточные датчики углового положения.

Разумеется, такие датчики известны давно, причем в самых разнообразных вариациях – синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы, резистивные, оптические и многие-многие другие. В том же ряду стоят измерительные устройства, основанные на емкостном принципе. Они известны своей невысокой точностью и слабой помехозащищенностью и в основном используются в бытовых устройствах.

Тем не менее современные технологии позволили расширить сферу применения таких датчиков. К примеру, известной зарубежной компанией были разработаны бесконтактные абсолютные датчики угловых перемещений, построенные как раз на этом принципе. При этом погрешность измерений не превышает нескольких десятков угловых секунд при массе до 100 грамм.

Рис. 3. Объекты применения емкостных датчиков угла.

Научно-технический центр ЭЛИНС, изучив опыт иностранных коллег, разработал свой вариант датчика на том же физическом принципе. В общих чертах он представляет собой конденсатор с обкладками в виде печатных плат. Диэлектриком выступает пластиковый ротор, который устанавливается непосредственно на измерительный вал. При вращении изменяется суммарная емкость конденсатора, которую и фиксирует встроенная электроника датчика, выдавая однозначное угловое положение вала в виде двоичного кода по последовательному цифровому каналу связи.

Для высокопрецизионных систем широкого применения оптимальными признаны датчики угла с двумя отсчетами – грубым и точным. Теоретически, описываемая технология позволяет создавать датчики с большим количеством отсчетов, что приведет к дополнительному снижению погрешности, но усложнит процедуру согласования отсчетов и конструкцию измерительной части.

Измерительным элементом в конструкции выступает пластиковая деталь сложной формы, представляющая собой свернутую в кольцо синусоиду. Создание достаточно прочной, а главное очень точной пластиковой детали в единичном экземпляре стоит очень дорого. Однако, в случае серийного производства, изготовление качественной пресс-формы снижает стоимость изготовления в десятки, если не сотни раз.

Использование доступных электрорадиоизделий (ЭРИ) общего применения и отработанной технологии изготовления ротора позволяет снизить стоимость производства без ущерба качеству измерений в сравнении с применяемыми на сегодняшний день системами. Рассматриваемый вариант абсолютного энкодера (устройства, предназначенного для преобразования угла поворота вращающегося объекта в цифровые или аналоговые сигналы) основан на серийно выпускаемых комплектующих изделиях, в том числе и отечественного производства.

Отдельно следует отметить, что применение традиционных датчиков угла (СКВТ, сельсины и т.д.) требует изготовления высокоточных деталей сопряжения, минимизирующих механические источники погрешностей измерения, таких как осевое и радиальное биения вала, несоосность мест установки и пр. Конструктивные решения предлагаемых емкостных преобразователей «угол-код» позволяют существенно снизить требования к качеству изготовления деталей монтажной части. При этом ошибки измерений, возникающие из-за допустимых конструктивных отклонений, возможно компенсировать встроенными аппаратно-программными средствами датчика.

Система тепло-телевизионная ЗСУ 2С6М1.

Повысить надежность и помехоустойчивость разрабатываемых изделий в целом также помогает переход на цифровые каналы связи. Для замены технически сложных измерительных систем зеленоградским предприятием предлагаются цифровые комплексы с защищенными вариантами датчиков с предельной погрешностью до 25 угловых секунд. Следует отметить, что используемые технические решения позволяют осуществлять установку датчиков на имеющиеся посадочные места при проведении модернизации устаревших комплексов и систем. Отказ от аналоговых кабельных связей и уменьшение влияния переходов ЦАП-АЦП также вносит свой вклад в снижение стоимости разработки, отладки и производства конечных изделий. Постоянно расширяющаяся номенклатура ЭРИ отечественного производства позволяет достигнуть требуемой технологической независимости.

Разработанные АО «НТЦ ЭЛИНС» емкостные датчики угловых перемещений уже применены в ряде прицельных боевых комплексов, произведенных предприятием. Отработанные технологии и схемотехнические решения позволяют и дальше расширять номенклатуру производства с учетом предъявляемых заказчиками требований. Разрабатывая новые и модернизируя устаревшие средства военной техники, компания приобрела огромный опыт. Используя накопленные знания, современные средства проектирования и моделирования, обладая мощной производственной базой, предприятие способно создавать высокоточные, надежные и конкурентоспособные комплексы, системы и их составные части.