Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Драйвер твердотельного лазера и высоковольтный блок питания системы накачки

Какие органы должны решать вопрос о включении граждан в списки избирателей? Какое решение они примут в отношении Н. Липкина?

Для решения казуса следует внимательно изучить Положение о выборах в Государственную Думу, которое было принято в августе 1905 г. См.: Хрестоматия по истории государства и права России: учебное пособие / под ред. Ю.П. Титова. - М: Проспект, 2005.

Драйвер твердотельного лазера и высоковольтный блок питания системы накачки

В состав ЛОВСИ (Лазерной Оптоволоконной Системы Инициирования) входит драйвер для управления твердотельным лазером. Нами рассматривались три (варианта реализации) конструкции твердотельного лазера:

1. Твердотельный лазер (YAG) с ламповой накачкой и фототропным затвором.

2. Твердотельный лазер с лазерно-диодной накачкой, с активным затвором (ячейка Керра).

3. Волоконный лазер с лазерно-диодной накачкой.

В качестве требований, которые предъявлялись к конструкции лазера, мы в первую очередь выделили быстродействие и минимальные массогабаритные характеристики.

Сводная таблица[V1] 1 иллюстрирует характеристики приведенных конструкций по нескольким критериям.

Таблица 1. Сравнение характеристик систем для трех вариантов конструкции твердотельного лазера

В качестве опытного образца была выбрана система с ламповой накачкой, которая оказалась значительно дешевле всех остальных вариантов.

Драйвер [V2] твердотельного лазера с ламповой накачкой состоит из высоковольтного источника напряжения со схемой поджига ламп вспышек, управляющего контроллера и схемы драйвера интерфейса для связи с микропроцессорной системой управления и диагностики ЛОВСИ. Кроме того в состав драйвера твердотельного лазера также входит система диагностики на базе лавинного фотодиода с собственным DC-DC преобразователем для высоковольтного питания фотодатчика и трансимпедансным усилителем для согласования с линией связи подключающейся к АЦП на стороне микропроцессорной системы диагностики и управления ЛОВСИ.

Далее потом что-нибудь напишуJ

ЛОВСИ

Заявляемые требования к электронной части ЛОВСИ, выполнение которых мы гарантируем:

1. 4х кратное дублирование наиболее ответственных частей системы, 2х кратное дублирование ответственных габаритных и дорогих элементов:

a. 4х кратное дублирование полупроводниковых узлов системы высоковольтного источника, и средств управления подрывом;

b. Дублирование ЛОВСИ, электрической системой инициирования (являются габаритными и дорогими узлами)

2. Наличие высоконадежной диагностирующей системы с электрической системой диагностирующих интерфейсов и оптической системой связи через волоконно-оптический тракт ЛОВСИ осуществляющая проверку работоспособности всех узлов системы. Через оптический тракт осуществляется подача: как диагностирующей цифровой информации типа управляющих команд для коммутации, так и диагностирующих световых импульсов от детонаторов исследующих целостность системы (потери) и запас надежности.

3. Микропроцессорная система реального времени для управления ЛОВСИ использующая систему приоритетов команд, для выполнения наиболее «ответственных» операций с минимальными задержками.

4. Низкий уровень генерируемых электромагнитных помех соответствующий военным требованиям по электромагнитной совместимости, сюда же входит нечувствительность к внешним электромагнитным помехам.

5. Механическая надежность к перегрузкам 20g. И 40g для ответственных узлов. Невосприимчивость к кратковременным ударам 1200g, акустическому воздействию со звуковым давлением 2000 дБ.

6. Превышение по энергии для лазерных импульсов подрыва над энергетическим порогом срабатывания с вероятностью 99,999% на 20дБ с учетом всех потерь в оптическом тракте (только для одноканальной системы).[V3]

7. Порядка 16*4 каналов на один твердотельный лазер с коммутацией на четыре секции при помощи оптомеханических ключей и возможностью одновременного подрыва до 16 каналов (несинхронность срабатывания определяется неравномерностью перераспределения энергии лазерного излучения по каналам, требует отдельного исследования (см. далее[V4])).

По заявленным требованиям была спроектирована архитектура ЛОВСИ описание, которой дается ниже.

На рис. 1 приведена блок-схема ЛОВСИ с системой диагностики. ЛОВСИ состоит из трех подсистем, плотно взаимодействующих между собой: драйверы твердотельных лазеров, микропроцессорная система управления и диагностики, волоконная сеть распределения лазерных импульсов подрыва. Поскольку контроллер твердотельного лазера выполняет также и функции диагностики, а микропроцессорная система управления кроме коммутации оптических каналов распределительной волоконной сети выполняет предварительную проверку готовности всех узлов, каждый узел ЛОВСИ снабжен диагностирующими блоками и специальным диагностирующим интерфейсом, по которому распространяются сигналы готовности и команды запусков диагностирующих тестов. Каждый детонатор снабжается диагностирующим устройством, проверяющего его работоспособность при помощи светового импульса который, отражаясь от поверхности ВВ. и проходя через волоконно-оптический тракт, регистрируется лавинным фотодиодом на стороне драйвера твердотельного лазера.

Все диагностирующие интерфейсы, предназначенные для проверки работоспособности оптических детонаторов, объединяются в диагностирующую шину с высокой степенью устойчивости к электромагнитным помехам. Шина представляет собой набор линий с системой последовательной передачи цифровых сигналов управления и параллельным набором цифровых каналов прерываний для сигналов готовности, ошибок и конфликтных ситуаций на шине. По шине не могут распространяться несколько запросов одновременно, сделано это для снижения межканальных наводок. В случае отсутствия связи на шине более чем в одну секунду, диагностирующие блоки детонаторов используют оптический способ передачи информации. При отсутствии связи с оптическими коммутирующими устройствами может использоваться тот же прием.

Работа системы ЛОВСИ организована следующим образом: микропроцессорная система управления проводит диагностирующие тесты каждого узла системы, используя специальный диагностирующий интерфейс. Кроме того проводятся проверки связи с каждым узлом системы в обе стороны, электрические сигналы готовности оптических узлов возвращаются по диагностирующей шине вызывая прерывания микропроцессорного устройства системы управления и запуская подпрограмму обработки векторов прерываний. Для проверки детонаторов используется оптические сигналы готовности, они же являются средством для тестирования самого детонатора и оценки потерь на оптоволоконной линии. После завершения всех тестов ЛОВСИ по запросу от внешней системы управления возвращает состояние о своей готовности.

Рис. 1. Блок схема ЛОВСИ

Диагностика системы происходит при включении питания, однако, для повторной диагностики системы внешняя система управления может использовать командное слово для запуска тестирования. Дополнительное командное слово предусмотрено для возвращения результатов тестирования (чтобы не занимать шину управления устройство в ответ на запрос о готовности возвращает пакет состояния), если данные о готовности собраны, они автоматически включаются в пакет состояния, отправляющийся в ответ на запрос от внешней системы управления.

Если все диагностирующие тесты пройдены успешно: запуск лазеров будет разблокирован, по командному слову - «запрос о состоянии ЛОВСИ» от внешней системы управления будут возвращен пакет состояния с установленным битом готовности, кроме того будут высланы дополнительные данные о потерях в волоконно-оптическом тракте температуре в электрических узлах системы и пр. Управляющая система ЛОВСИ, после разблокирования запуска, начинает работать в реальном времени, обрабатывая команды от внешней управляющей системы. Переход системы в режим реального времени может быть также спровоцирован аварийной ситуацией. Все команды накапливаются в буфере внешнего интерфейса, образуя очередь с приоритетами, при этом критические команды или команды с высшим приоритетом будут прерывать выполнения текущих операций в микропроцессорном устройстве и выполняться незамедлительно с наименьшей задержкой.

При получении команды предварительной подготовки для подрыва (команда имеет средний приоритет, который повышается в зависимости от времени нахождения в очереди), микропроцессорная система включает драйвер твердотельного лазера для заряда накопительных конденсаторов. Команда «подрыв» от внешней системы управления имеет высший приоритет и останавливает выполнение всех текущих операций на микропроцессорной системе управления, запуская прерывание, которое формирует импульс поджига на линии драйвера твердотельного лазера. Если при этом накопительный конденсатор не заряжен, в ответ на эту команду возвращается аварийный сигнал об отсутствии готовности лазера.

После запуска поджига, происходит формирование светового импульса накачки при помощи ламп вспышек, активный элемент переходит в состояние инверсной населенности, к окончанию вспышки просветляется фототропный затвор, увеличивая добротность оптического резонатора, все это приводит к возникновению лазерного импульса наносекундной длительности, распространяющегося по волокну в распределительную волоконную сеть. Волоконная распределительная сеть, предварительно, перед запуском лазера, настраивается управляющими командами от внешней системы, при этом в ответ на каждую команду возвращается ответный пакет о состоянии оптического винтеля с минимально возможной задержкой. После прохождения лазерного импульса через распределительную волоконную сеть он расщепляется на множество отдельных лазерных импульсов при помощи системы разделения каналов и приводит в действие один или несколько оптических детонаторов, отсутствие связи с диагностирующим блоком детонатора может интерпретироваться как успешное срабатывание.

Наиболее ответственными узлами системы являются:

1. Оптические детонаторы.

2. Волоконно-оптический тракт (для транспортировки излучения лазера до детонаторов)

3. Твердотельные лазеры и их источники питания.

Оптические детонаторы, коснтрукция[V5]

***

Волоконно-оптический тракт представляет собой систему из оптомеханических демультиплексоров или оптических дефлекторов которые осуществляют коммутацию одного канала оптоволокна на 4 и более каналов, снабжаются дополнительным резервным каналом к которому подключается лазерный диод для оптической связи с устройством управления помимо диагностирующего интерфейса, по которому распространяются сигналы тестов работоспобности и управления коммутатором. Оптический демультиплексор, в исходном состоянии включен на резервный канал и с ним может быть осуществляться как оптическая связь по волокну, так и электрическая по диагностирующему интерфейсу, который дублируется дополнительной шиной коммутации обеспечивающей наиболее высокое быстродействие по сравнению с прочими способами связи. В аварийной ситуации демультиплексор выбирает резервный канал и может управляться всеми тремя видами связи. Для механической реализации установка в резервный канал не поддерживается.

Твердотельный лазер снабжен системой автоматической юстировки и в исходном состоянии должен быть съюстирован и давать максимальную энергии в импульсе. Нами ведется спор о присутствии автоматической юстировки в пользу варианта с фиксированными характеристиками на этапе производства.

Так как высоковольтный источник питания для накопительного конденсатора в системе накачки твердотельного лазера является достаточно сложным и в сочетании с этим ответственным элементом, он реализован на базе полномостовой схемы с повышающим трансформатором для получения высокого напряжения 2КВ и предварительным каскадом импульсного повышающего преобразователя на основе дросселя и полупроводникового ключа. Первая ступень повышения напряжения, использует источник бортового напряжения 28В, увеличивая его до 50В, это напряжение используется для питания схемы поджига и схемы высоковольтного источника для заряда накопительного конденсатора. Высоковольтный источник для накопительного конденсатора использует 50В для питания полномостового драйвера первичной обмотки повышающего трансформатора построенного на 4х твердотельных ключах (в случае выхода из строя 3х ключей блок питания остается работоспособным). Ключи полного моста в зависимости от «аварийности» ситуации могут работать в различных режимах: двухтактный обратный и прямой ход на полную обмотку (все ключи работают), двухтактный на полуобмотку (работоспособны только два ключа), обратноходовый преобразователь (работает только один ключ). Отсутствие питания 50В заставляет схему потреблять питание 28В (при этом токи на ключах вырастают). Управление ключами полностью гальванически развязано и подается от контроллера драйвера твердотельного лазера, при выходе из строя контроллера ключи образуют мультивибратор и продолжают функционировать. Вторичная обмотка трансформатора подключена к синхронному выпрямителю по мостовой схеме, который управляется сигналами из цепи управления первичной обмоткой через развязывающий трансформатор. Постоянное высокое напряжение, формирующееся на выходе синхронного выпрямителя, заряжает накопительный конденсатор. К положительной обкладке конденсатора подключен через высоковольтный делитель напряжения измерительный изолирующий усилитель, сигнал с которого через буферный усилитель подается на встроенный АЦП контроллера драйвера твердотельного лазера.

Схема поджига пока реализована на повышающем трансформаторе поджига намотанном на стержне из феррита. Однако планируется использовать пьезотрансформатор. Импульс поджига формируется микроконтроллером драйвера твердотельного лазера, однако его могут формировать дополнительные цепи в схеме поджига запускающиеся от отдельной линии в интерфейсе связи с микропроцессорной системой управления ЛОВСИ.

[1] Лазер с активным элементом YAG (алюмоиттриевый гранат) с фототропным затвором на основе ниобата лития

[2] Для мощности высоковольтного источника 10Вт при емкости накопительного конденсатора 10 мкФ

[3] Для мощности источника питания 100Вт

[V1]Черт его знает зачем я начал делать эту таблицу, короче можно ее выкинуть (заполнить ее даже примерными цифрами нереально). это пока только идея, вообще читайте сразу ниже.

[V2]<-- Рекомендую читать с этого места

[V3]Может быть, заявить и для многоканальной системы?

[V4]Отсылка на общий текст, где-то в конце или в начале, как решите

[V5]Незавершенный раздел