Разработка генератора импульсной модуляции с широким диапазоном частот для исследования акустического датчика для примесей

1.

Минобрнауки России
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования
«Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники»
Институт нано- и микросистемной техники
_______________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________
Бакалаврская работа
по направлению 11.03.03 «Конструирование и технология электронных средств»
Профиль: «Изделия микросистемной техники»
Разработка генератора импульсной модуляции с широким диапазоном частот для исследования
акустического датчика для контроля примесей в потоке жидкостей
Выполнил студент группы КТ-41
Научный руководитель, к.т.н., доцент института НМСТ
Москва 2023
Назарчук Н.М.
Горшкова Н.М.
1

2.

Востребованность акустического датчика
Акустический датчик для определения состава жидкости имеет ряд преимуществ перед
конкурентами:
1.
2.
3.
Не требуется подача каких-либо дополнительных
реагентов
Меньшая зависимость от окружающей
температуры
Способен работать в неоднородных жидкостях
Рисунок 2 – Ультрафиолетовый
флуоресцентный анализатор
серы СПЕКТРОСКАН UFS
Рисунок 1 – акустический датчик,
разрабатываемый на предприятии АО «СигмаОптик»
Рисунок 3 – Анализатор
углеводородов в воде АСИС
ИОН, основанный на пламенноионизационном методе

3.

Цель и задачи ВКР
Цель ВКР: разработать генератор импульсной модуляции с широким диапазоном частот
для исследования акустических датчиков для контроля примесей в потоке жидкостей
Задачи ВКР:
1) Ознакомиться с принципом работы импульсного генератора;
2) Провести выбор материала конструкции генератора и компонентной базы;
3) Разработать электрическую схему и топологию печатной платы;
4) Разработать конструкцию генератора;
5) Провести конструкторские расчеты;
6) Разработать конструкторскую документацию.
3

4.

Принципиальная схема акустического датчика
l - расстояние между излучателем и
приёмником
Рисунок 4 –Принципиальная схема работы акустического
датчика.

5.

Требования к генератору
Для обеспечения успешной работы, необходимо выполнить следующие требования:
• Габаритные размеры электронного блока не более 75 х 75 х 30 мм;
• Конструкция должна обеспечивать нормальный тепловой режим работы, в условиях
естественной конвекции. Рабочая температура генератора – от +40 до -20 °С;
• Генерация сигналов выходных частот от 20кГц до 2Мгц;
• Класс точности не выше 4 (согласно ГОСТ 23751-86);
• Эксплуатация по 3 группе жёсткости;
• Генерируемые формы сигнала: ступенчатый, синусоидальный, треугольный, импульсный

6.

Сравнительный анализ генераторов ШИМ
Таблица 2 – Параметры генератора XY-LPWM
На данном слайде представлены характеристики
генераторов
ШИМ,
рассматриваемых
для
использования в конструкции акустического
датчика.
Таблица 1 – Параметры генератора генератора UTG932E
Диапазон выходных частот
От 1Гц до 30МГц
Размер:
172 x 90 x 68 мм
Рабочая температура:
0°С ... +40°С
Форма сигнала:
26 предварительно
запрограммированных
форм сигналов
Средняя цена:
Диапазон выходных частот
От 1Гц до 150кГц
Размер:
52 x 32 x 10 мм
Рабочая температура:
-20 - +70 °С
Форма сигнала:
Прямоугольный
Средняя стоимость:
1000 Р
Таблица 3 – Параметры генератора UTG932E
Диапазон выходных частот
От 1Гц до 160 МГц
Размер:
322 х 256 х 102 мм
Рабочая температура:
0°С ... +40°С
Форма сигнала:
150 типов специальной формы
Средняя стоимость:
84 000 р
17 000 р
6

7.

Электрическая схема
Рисунок 5 –Схема генератора ШИМ электрическая принципиальная
7

8.

Недоделан. Здесь будет спецификация
Таблица 2 - Список конденсаторов ПМК,
используемых в ФЯ
Таблица 3 - Список резисторов ПМК,
используемых в ФЯ
Таблица 4 - Список микросхем ПМК,
используемых в ФЯ
8

9.

Топология печатной платы
Рисунок 6 - топология нижнего слоя
печатной платы
Рисунок 7 – топология верхнего слоя
печатной платы
9

10.

Итоги
1. Разработана электрическая схема и топология печатной платы ШИМ-генератора;
2. Разработан корпус под плату генератора-ШИМ с размерами 75х75х40 мм;
3. Разработана конструкция ШИМ-генератора;
4. Произведен выбор материала конструкции генератора и компонентной базы;
5. Произведены конструкторские рассчеты;
6. Разработана конструкторская документация;
Итогом работы стало устройство, соответствующее техническому заданию.
10

11.

Спасибо за внимание.
11