СОВРЕМЕННЫЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ СВЧ

Разработка, производство и эксплуатационная поддержка средств измерения мощности СВЧ  является  основным направлением научно-производственной деятельности ФГУП «Мытищинского НИИ радиоизмерительных приборов».

 

Подавляющее количество разработок института за  период с конца шестидесятых годов и по 1970г. предназначались для решения конкретных задач Минобороны по диапазону частот, мощности и др. параметрам для многих радиолокационных систем различного назначения. Начиная с 70-х годов прошлого века основным направлением МНИИРИП стала разработка измерителей мощности СВЧ двойного назначения (для Минобороны и гражданских предприятий). Среди них наибольшее распространение получили СВЧ ваттметры малого (М3-90… М3-92), среднего (М3-93…М3-95 и большого (М3-47…М3-49, М3-96, МК3-69…МК3-71) уровней мощности.

 

Последние два ряда ваттметров относятся к приборам третьего поколения и содержат в своём составе  микропроцессорное устройство обработки измерительной информации и выход в канал общего пользования (КОП), позволяющий их агрегатировать в сложные метрологические системы.

 

В 2006г. ФГУП «МНИИРИП» разработал по заказу ЗАО «Супертехприбор» для гражданского потребителя коаксиальный ваттметр следующего поколения М3?108 с широкими функциональными возможностями, включая работу с под управлением персонального компьютера.

 

Приоритетным направлением в настоящее время в области развития измерительной техники является замена ранее выпускаемых настольных вариантов исполнения радиоизмерительных приборов интеллектуальными датчиками и, на их основе в комплекте с персональными компьютерами, виртуальных приборов с использованием современных программных средств.

 

К числу основных преимуществ применения интеллектуальных датчиков для измерения различного рода физических величин можно отнести:

– взаимозаменяемость устройств: программная компенсация позволяет учитывать индивидуальные особенности первичного преобразователя СВЧ модуля с учётом разброса его чувствительности, нелинейности коэффициента преобразования в динамическом и частотном диапазоне и влияния дестабилизирующих факторов окружающей среды;

– метрология интеллектуальных датчиков определяется, в основном, «сквозной» метрологией преобразователей без составных его частей. Влияние метрологии вторичных устройств практически исключается;

– не требуется дополнительное метрологическое оборудование;

– программная компенсация изменения параметров первичного преобразователя (разброс чувствительности, нелинейность) в динамическом диапазоне  повысит уровень выхода годных изделий, что, в свою очередь, позволит достичь их взаимозаменяемости при производстве и тем самым улучшит эксплуатационные и экономические показатели выпускаемых приборов;

– возможность повышения достоверности результатов измерений, благодаря программной фильтрации внешних и внутренних помех, особенно в области малых уровней измеряемой СВЧ мощности;

– учитывая низкое энергопотребление интеллектуальных датчиков (ИД), реализованных на современной элементной базе, позволит работать таким ваттметрам автономно от химических источников питания в полевых условиях эксплуатации с сохранением результатов измерений;

– простота модернизации, а именно,  расширения функциональных возможностей ваттметра, до требований, оптимально удовлетворяющих потребителя.

 

Дополнительные возможности связаны с тем, что встроенный контроллер обеспечивает двунаправленную передачу информации по унифицированному каналу связи в цифровой форме, что повышает помехоустойчивость передачи информации в условиях индустриальных и прочего вида помех, возможность агрегатировать устройства различного назначения.

 

Обеспечение указанных преимуществ  связано с применением миниатюрной и малопотребляющей микроэлектронной элементной базы, позволяющей встраивать в интеллектуальный датчик поглощаемой мощности СВЧ прецизионный усилитель напряжения постоянного тока малого уровня, поступающего с термоэлектрического преобразователя СВЧ мощности, входящего в состав интеллектуального датчика,  аналого-цифровой преобразователь (АЦП), преобразующий измеряемый сигнал в цифровой код, который  после обработки по заданному алгоритму в микроконтроллере преобразуется в результат измерений. Далее результат измерений  в цифровом виде передаётся через встроенный в ИД интерфейс RS-232 и USB во вторичное средство дополнительной обработки и отображения результатов измерений (персональный компьютер – ПК или блок вторичной обработки, управления и индикации – БУИ). Микроконтроллер  в   чип исполнении содержит объём ресурсов для  ввода, вывода и программной обработки необходимого объёма измерительной информации и поддержки протоколов внешних сетей связи. Широта номенклатуры и вычислительные возможности 8 и 16-разрядных современных микроконтроллеров,  а также их цена позволяют существенно сократить количество элементов в аппаратуре, снизить потребление, уменьшить габариты и увеличить надёжность, обеспечить помехоустойчивость передачи информации на ранее недоступные расстояния. Применение интеллектуальных датчиков мощности СВЧ обеспечит повышение потребительских свойств продукции,  при снижении стоимости ваттметров в целом. Для рассматриваемого класса приборов с учётом технических, потребительских и экономических факторов не существует альтернативных схемно-конструктивных решений.

 

В настоящее время ФГУП «МНИИРИП» без привлечения внешних финансовых средств завершает этап разработки РД по ОКР «Максимум».  

 

Целью ОКР является создание двух рядов  автоматизированных ваттметров с расширенными функциональными возможностями, реализованных на базе интеллектуальных датчиков СВЧ мощности , предназначенных для измерения в коаксиальном тракте малого, среднего и большего уровней поглощаемой мощности непрерывных и ИМ СВЧ сигналов в динамическом диапазоне от 10-5 до 10 2Вт и диапазоне рабочих частот от 0,02ГГц до 17,85ГГц с возможностями работы как в автономном режиме без внешней подачи электроэнергии, так и в лабораторных условиях эксплуатации при питании от промышленной сети.

 

Наличие двух рядов ваттметров обусловлено как различием их конфигураций построения, так и условиями эксплуатации. Каждый ваттметр в ряде отличается типом интеллектуального датчика.

 

1-ый ряд ваттметров предназначен для полевых и лабораторных условий эксплуатации с рабочим диапазоном температуры окружающей среды от -20оС до +50оС с автономным питанием и от сети 220В, 50Гц. В него входят ИД четырёх типов и блок управления и индикации (БУИ).

 

2-ой ряд ваттметров состоит из тех же ИД и персонального компьютера (ПК) бытового назначения. Условия эксплуатации, в этом случае, ограничены работой в лабораторных условиях с рабочим диапазоном температуры окружающей среды от +5оС до +40оС. В комплектации с промышленным ПК типа Strong @Master 7020T (ЕС-1866), или ему подобным, ваттметры могут быть использованы для полевых условий эксплуатации в рабочем диапазоне температур от -20оС до +50оС с автономным питанием и от сети 220В, 50Гц.

 

В состав ваттметров этого ряда дополнительно входят программное обеспечение к ПК и два типа автономных калибраторов, обеспечивающих  калибровку ваттметров с 4-мя типами интеллектуальных датчиков.

 

Результаты многократных измерений ваттметров могут быть зафиксированы в памяти персонального компьютера для произведения их последующего анализ параметров контролируемого источника сигналов  СВЧ мощности.

 

Выполняемые интеллектуальными датчиками функции:

– приём измерительной информации с термопар преобразователя мощности СВЧ, поступающего  в виде напряжения постоянного тока малого уровня с динамическим диапазоном 0,1мкВт – 20мВ, его усиление и  преобразование в 24-разрядный код (три байта);

– первичную обработку измерительной информации в микроконтроллере с целью устранения нелинейности термопарного преобразователя мощности СВЧ и уменьшения влияния помех и другого вида дестабилизирующих факторов; 

– выдачу результатов преобразований через интерфейс UART в  блок управления и индикации (БУИ) или через интерфейс USB в ПК; 

– в режиме измерений принимать команды от персонального компьютера.

 

Оба ряда разрабатываемых ваттметров кроме 4- типов ИД включают в свой состав 2  типа автономных калибраторов – один из которых предназначенный для ваттметра малого уровня мощности, другой для – интеллектуальных датчиков среднего и большого уровней.

 

С целью исключения погрешности за счёт нелинейности термопреобразователя калибратор первого типа формирует ряд стабильных значений мощности от 0,1 до 5мВт на частоте 50МГц (20)МГц на сопротивлении термопар 200 +/– 20 Ом.

 

2-ой тип калибратора формирует на нагрузке 50 +/– 5 Ом  ряд стабильных уровней мощности напряжения постоянного тока (в зависимости от типа интеллектуального датчика) величиной от 10мВт до 1000мВт. В схемах калибраторов обоих типов предусмотрена автоматическая подстройка выходной мощности под реальное сопротивление нагрузки. 

 

ФГУП «МНИИРИП» в планах на ближайшее время приступает к созданию ИД СВЧ мощности, построенных по принципу беспроводной передачи данных на удалённое расстояние с  защитой измерительной информации от помех и несанкционированного перехвата данных.

В настоящее время ФГУП «МНИИРИП» является практически единственным предприятием, осуществляющим по индивидуальным заказам разработку, поставку и ремонт  на гарантийных условиях с поверкой выше указанных СВЧ ваттметров.

 

 П.В. ДОМНИН, Ю.И. СОКАЛИН

ФГУП  МНИИРИП

141002, Россия, МО,

г. Мытищи, ул. Колпакова, д. 2А

тел./факс: (495) 586 1721

e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра." ' + path + '\'' + prefix + ':' + addy18440 + '\'>'+addy_text18440+'<\/a>'; //-->

www.mniirip.ru

№264 Октябрь 2020
тема: строительство