Описание принципа действия системы обработки информации

Введение

 

В данной курсовой работе необходимо выполнить расчет параметров тракта обработки сигналов устройства автоматического обнаружения дефектов изделий.

Контролируемым изделием является лист аллюминия. Он отражает

30-40% падающего света, то есть его коэффициент отражения τ₀=0,4. В качестве источника света выберем светодиод 3Л129А. Основной характеристикой светодиода является спектральная характеристика – зависимость параметров излучения от длины волны. Излучение светодиода имеет относительно высокую направленность распределения мощности в пространстве.

Независимо от того, насколько эффективен излучающий диод, выходное излучение даже большой мощности не будет зарегистрировано, если длина волны излучения не соответствует спектру излучения, на который реагирует фотоприемник. То есть светодиод должен быть спектрально согласован с фотоприемником.

К основным параметрам светодиода относятся длина волны излучения λ_max, яркость L и угол излучения ΔΩ₁. Следует иметь ввиду, что λ_max – это длина волны, соответствующая максимуму спектральной плотности потока излучения светодиода.

Для светодиода 3Л129А:

L=1000 Кд/м²;

λ_max=0,87 мкм,

ΔΩ₁=30˚.

Ф_Е=10мВт,

В качестве приемника излучения выберем фотодиод ФД-27К. Фотодиод – это приемник, принцип действия которого основан на фотогальваническом эффекте и фоточувствительный элемент которого имеет структуру полупроводникового диода.

Для ФД-27К имеем:

размер фоточувствительного элемента (1,9∙1,9) мм,

λ_max=0,88мкм;

U_р=20 В;

I_Т=0,017мкА;

S_ИНТ=0,6 ;

Т_ФП=10^-5 с,

    Ф = 10 мВт,

            

Расчет частотного коэффициента передачи фотоприемника

 

В области малых и средних частот (f<10⁸ Гц) все фотоприемники считают с динамической точки зрения апериодическими звеньями первого порядка. В этом случае

 

,                                        (3.4)

 

Где  Т_фп – постоянная времени фотоприемника;

    Т_фп =  с;

    S_инт – интегральная чувствительность по току;

    S_инт = 0,6 А/Вт;

,                                       (3.5)

Расчет частотного коэффициента передачи нагрузочной цепи

 

В случае использования нагрузочной цепи с трансформаторной связью частотный коэффициент передачи в области рабочих частот

,                                                   (3.6)

где , отсюда

W₁ и W₂ – число витков вторичной и первичной обмоток трансформатора.

 

В результате получаем

 

,     (4.8)

 

График зависимости спектра на выходе устройства представлен в приложении А.

    5 Расчет спектра на выходе устройства обработки сигналов

 

Спектр сигнала на выходе устройства обработки рассчитывается по следующей формуле:

 

S_ВЫХ=К_ОЭП(jω)∙S_ВХ(ω),                                     (5.1)

|Sвых(ω)|=

График зависимости спектра на выходе устройства представлен в приложении А.

Заключение

       В ходе выполнения данной работы мы получили  необходимое пороговое отношение сигнал/шум 0,214, которое меньше требуемого порогового отношения сигнал/шум 0,385, а это значит, что устройство позволяет обнаружить дефекты заданного типа с заданной точностью.

Пороговая чувствительность равна 0,165 (А/Вт), информационное содержание непрерывного сигнала равно 0,5 (бит), коэффициент полезного действия, системы обработки информации равен 8%.

Введение

 

В данной курсовой работе необходимо выполнить расчет параметров тракта обработки сигналов устройства автоматического обнаружения дефектов изделий.

Контролируемым изделием является лист аллюминия. Он отражает

30-40% падающего света, то есть его коэффициент отражения τ₀=0,4. В качестве источника света выберем светодиод 3Л129А. Основной характеристикой светодиода является спектральная характеристика – зависимость параметров излучения от длины волны. Излучение светодиода имеет относительно высокую направленность распределения мощности в пространстве.

Независимо от того, насколько эффективен излучающий диод, выходное излучение даже большой мощности не будет зарегистрировано, если длина волны излучения не соответствует спектру излучения, на который реагирует фотоприемник. То есть светодиод должен быть спектрально согласован с фотоприемником.

К основным параметрам светодиода относятся длина волны излучения λ_max, яркость L и угол излучения ΔΩ₁. Следует иметь ввиду, что λ_max – это длина волны, соответствующая максимуму спектральной плотности потока излучения светодиода.

Для светодиода 3Л129А:

L=1000 Кд/м²;

λ_max=0,87 мкм,

ΔΩ₁=30˚.

Ф_Е=10мВт,

В качестве приемника излучения выберем фотодиод ФД-27К. Фотодиод – это приемник, принцип действия которого основан на фотогальваническом эффекте и фоточувствительный элемент которого имеет структуру полупроводникового диода.

Для ФД-27К имеем:

размер фоточувствительного элемента (1,9∙1,9) мм,

λ_max=0,88мкм;

U_р=20 В;

I_Т=0,017мкА;

S_ИНТ=0,6 ;

Т_ФП=10^-5 с,

    Ф = 10 мВт,

            

Описание принципа действия системы обработки информации

 

2

Принципиальна схема системы обработки информации представлена на рисунке 1.1.

 

3

1

ММ

1-источник света;

2-лист аллюминия;

3-линза;

ФД-фотодиод;

ПФ – полосовой фильтр;

РУ-регистрирующее устройство;

УО- устройство отображения;

ММ- механический модулятор;

 

Рисунок 1.1-Принципиальная схема системы обработки информации

 

В данной схеме используется механическая модуляция электромагнитного сигнала. Световой поток от источника света попадает на лист алюминия и отражается от него. Световой поток, отраженный от листа алюминия попадает на линзу. Линза фокусирует световой поток на фотодиод. Если на листе есть дефект, то величина прошедшего светового потока уменьшится (за счет поглощения и рассеивания электромагнитного излучения), и выходной сигнал фотодиода соответственно также уменьшится. Сигнал с фотодиода поступает на полосовой фильтр. Сигнал с фильтра поступает на регистрирующее устройство, которое принимает решение о наличии или отсутствии дефекта в контролируемом листе алюминия. Решение, принятое решающим устройством, оператор может увидеть при помощи устройства отображения. Правильность принятого решения зависит от средней частоты появления одной ложной тревоги N_л.т..

2 Структурную схему устройства преобразования сигналов с указанием источников шумов

 

Если на ОЭП действуют входной сигнал , имеющий спектр , и совокупность помех и шумов (внешние помехи W_ВН, шумы фотоприемника W_ФП, нагрузочной цепи W_Н и усилителя электронного тракта W_У), а приемник излучения обладает интегральной вольтовой чувствительностью , то структурную схему такого ОЭП можно представить в виде:

К_о(jw) – частотный коэффициент передачи оптической системы;

К_фп(jw) – частотный коэффициент передачи фотоприемника;

К_н(jw) – частотный коэффициент передачи нагрузочной цепи;

К_у(jw) – частотный коэффициент передачи усилителя;

К_рег(jw) – частотный коэффициент передачи регистрирующего прибора;

S_вых(ω) – спектр выходного сигнала;

х_вых(t) – выходной сигнал;

 

 Рисунок 2.1 – Структурная схема устройства преобразования сигналов

 

    3 Расчет частотных коэффициентов каждого узла системы обработки сигналов и общего частотного коэффициента передачи

 

    3.1 Расчет частотного коэффициента передачи оптической системы

 

С достаточной степенью точности полагают, что , где К₀ называют коэффициентом передачи. Наиболее распространенные варианты работы ОЭП – это работа на основе изменения освещенности входного зрачка (точечный источник) и изменение яркости свечения объекта (протяженный источник). В нашем случае дефект протяженный, поэтому

 

     (3.1)

 

где А_ВХ – площадь входного зрачка фотоприемника;

     – угловое поле зрения;

    Lc – яркость источника излучения;

       - коэффициент отражения алюминия.

           (3.2)

А_ВХ=

Тогда

 (м^2.ср),         (3.3)