Разработка предложений по созданию усовершенствованного варианта металлодетектора

Разработка предложений по созданию усовершенствованного варианта металлодетектора

Введение

В современном мире остро стоит проблема защиты человека от террористической угрозы. Известно, что одним из средств контроля проноса оружия и запрещенных предметов в места массового скопления людей и на охраняемые объекты являются металлодетекторы. Металлодетекторами (metal detector дословно - металлообнаружитель) называют устройства, решающие с помощью магнитных методов задачи обнаружения проводящих предметов в непроводящей среде. Другие названия металлодетекторов - металлоискатели, металлообнаружители.

С каждым годом расширяется область использования металлоискателей в самых различных сферах. Металлодетекторы применяются сегодня в дефектоскопии, рудной разведке, в пищевой промышленности (для предотвращения случайного попадания в пищу металлических предметов различного рода), в деревообрабатывающей промышленности, в строительстве и в процессе ремонтных работ.

Особо следует выделить применение металлодетекторов в охранных структурах и криминалистике. Прежде всего - это «ворота», при проходе через которые можно обнаружить даже незначительные металлические предметы.

Требования к металлодетекторам последнего ряда предусматривают не только необходимость своевременного безошибочного обнаружения несанкционированного вноса металлических и металлосодержащих предметов, но и мобильность и миниатюрность данного устройства для обеспечения, например, скрытого контроля, а также возможность интеграции обнаружителя со средствами электронно-вычислительных машин для анализа и систематизации поступающей информации.

Объективно наиболее мобильным и отвечающим современным требованиям будет являться металлодетектор, имеющий помимо достаточной обнаружительной способности небольшие габариты; возможность продолжительной работы от аккумуляторной батареи; возможность интегрированной работы с персональным компьютером. В дополнение к этому важным для конкурентоспособности устройства будет его низкая стоимость при сохранении приемлемой надежности работы. Разработка варианта исполнения такого рода металлодетектора и является задачей данного дипломного проекта.

1 Литетратурно-патентные исследования

металлодетектор электрический патентный

Металлодетектор должен решать задачу селективного обнаружения определенных металлических или металлосодержащих объектов поиска на фоне металлических предметов личного пользования, обычно имеющихся у посетителей. Селективное обнаружение - способность установить факт наличия объекта поиска на фоне одновременного присутствия предметов личного пользования и не давать ложных тревог от предметов личного пользования при отсутствии объектов поиска. Селективное обнаружение может осуществляться только при наличии у объектов поиска характерных признаков. Под этими признаками понимаются какие-либо постоянные их свойства, выявляемые в том или ином реализуемом в металлодетекторе физическом методе, по которому имеются наибольшие различия между объектами поиска и основной частью множества предметов личного пользования.

.1 Основные принципы построения металлодетекторов

В настоящее время задачи обнаружения проводящих предметов в непроводящей среде решаются в основном магнитными методами. Разновидностями магнитных методов являются индукционные токовихревые, с различными видами намагничивающего поля, и магнитоэлектрические, с использованием естественного геомагнитного поля земли или искусственного магнитного поля [1,2].

Металлодетекторы с гармоническим намагничиванием

Металлический предмет, помещенный в гармоническое магнитное поле, сам становится источником переменного магнитного поля, изменяющегося с той же частотой. Характерными признаками объекта поиска являются особенности их амплитудно-частотных (АЧХ) и фазочастотных (ФЧХ) характеристик. Т.е. электрофизические свойства материалов объекта поиска, а также геометрические размеры его элементов приводят к тому, что при некотором значении частоты намагничивающего поля амплитуда и фазовый сдвиг сигнала, переизлучаемого объектом поиска, будут при конкретной ориентации иметь отличия от множества предметов личного пользования.

Рассмотрим это на следующем примере. Фазовый сдвиг поля, переизлучаемого металлическим предметом, больше у массивного предмета, к которым ближе объект поиска, чем у тонкостенного, что более характерно для предметов личного пользования. Это связано с воздействием на намагничивающее поле реакции вихревых токов, протекающих ближе к поверхности металла. С глубиной из-за поверхностных вихревых токов уменьшается напряженность электромагнитного поля. Эти токи оказывают экранирующее влияние на проникновение поля, что одновременно вызывает их ослабление и нарастающий с глубиной сдвиг по фазе по отношению к намагничивающему полю. Глубина проникновения электромагнитных полей и вихревых токов в металл зависит от частоты:

,       (1.1)

где  - частота,  - электропроводность,  - магнитная проницаемость.

Из формулы видно, что глубина проникновения вихревых токов в металл уменьшается с ростом частоты. Поэтому на высоких частотах массивный металлический предмет и тонкостенный (одинаковой площади и формы, изготовленные из одного и того же материала), окажутся источниками одинаковых переизлученных полей. Т.е. на высоких частотах нельзя отличить массивный предмет от немассивного.

Теория метода вихревых токов дает возможность при различных частотах намагничивающего поля определить изменение активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления катушки в зависимости от электропроводности, размера и формы предмета, помещенного в катушку. Теория базируется на уравнениях Максвелла. Из решения этих уравнений вытекает ряд формул, на основании которых можно получить семейство зависимостей комплексного сопротивления катушки от электропроводности, магнитной проницаемости материала и размеров предмета, помещенного в нее. Эти зависимости показывают, что имеется максимум реактивной составляющей комплексного сопротивления катушки, соответствующий определенным параметрам (размерам, материалу), находящегося в ней предмета.

Рисунок 1.1 - Структурная схема металлодетектора с гармоническим намагничиванием

На рисунке 1.1 представлена структурная схема металлодетектора с использованием гармонического намагничивания. При гармоническом методе поле переизлучения объекта поиска измеряется на фоне намагничивающего поля, превышающего его по амплитуде в тысячи и миллионы раз. Поэтому в металлодетекторе используется компенсатор, устраняющий сигнал, наведенный в приемной катушке намагничивающим полем. В пороговом устройстве оцениваются амплитуда и фазовый сдвиг поля переизлучения объекта поиска, фиксируемого приемной катушкой.

Достоинство гармонического метода - высокая помехозащищенность, обусловленная возможностью эффективной фильтрации в диапазонах частот, отличных от рабочих.

Недостаток - необходимость значительной жесткости конструкций катушек и предохранения их от сотрясений и прикосновения посетителей.

Примерами металлодетекторов, в которых используется гармонический метод, являются следующие модели: 773 LF (Rens Manufacturing Со, США), МР 1783 (Valon GmbH, Германия), Intelliscan 12000 (RANGER, США).

Импульсные металлодетекторы

На рисунке 1.2 приведена структурная схема металлодетектора, в котором используется импульсное намагничивание. Блок задержек обеспечивает проведение измерений после прекращения действия импульса возбуждающего поля.

Характерными признаками объекта поиска при использовании такого метода являются продолжительность и вид процесса затухания вихревых токов в обследуемом предмете, переносимые в сигнал, наведенный в приемной катушке переизлученным полем. В качестве критериев селекции могут использоваться как мгновенные значения переходной характеристики для различных моментов времени, так и результат их совместной обработки по специальным алгоритмам, выбранным для распознавания объекта поиска.

Рисунок 1.2 - Структурная схема металлодетектора с импульсным намагничиванием

Теоретически, можно, стробируя сколь угодно подробно переходную характеристику переизлучения, получить неограниченный объем информации об электромагнитных характеристиках объекта поиска. Кроме того, в момент измерения намагничивающее поле выключено и не создает помех для оценки поля переизлучения. Однако возможности технической реализации метода переходных процессов существенно снижают его обнаруженческие и селективные параметры. При применении этого метода идеальным является намагничивающее поле, изменяющееся по прямоугольному закону. Однако на практике получить это в настоящее время невозможно. Для получения максимальной напряженности намагничивающего поля при ограниченных размерах (массе) катушки и энергозатратах, активное сопротивление катушки стараются минимизировать (не более единиц или десятков Ом). Задний фронт импульса намагничивающего тока зависит от быстродействия силовых ключей, разрывающих цепь этого тока, и еще в большей степени от условий отсутствия затухающих колебаний намагничивающего поля после выключения тока. Кроме постоянной времени намагничивающей цепи, необходимо учитывать и постоянную времени приемной катушки, воспринимающей поле переизлучения объекта. Для предотвращения возникновения затухающих колебаний эта постоянная также должна быть не менее некоторого значения.

Важным преимуществом метода переходных процессов перед гармоническим - отсутствие высоких требований к жесткости конструкции катушек и относительная независимость от малых перемещений и сотрясений. Так же принципиальным достоинством данного метода является возможность произвольного расположения приемной и излучающей катушек, так как прямое проникновение излучаемого сигнала в приемную катушку и действие на нее отраженного сигнала разнесены во времени. В принципе, одна катушка может выполнять роль как приемной, так и излучающей, однако в данном случае гораздо сложнее будет развязывать высоковольтные выходные цепи генератора импульсов тока и чувствительные входные цепи. Следует отметить, что схемотехника импульсных металлодетекторов более проста, особенно при использовании современных электронных компонентов (силовые ключи на МОП - транзисторах, микроконтроллеры, прецизионные ОУ), что положительно сказывается на стоимости таких устройств. Ввиду перечисленных достоинств в настоящее время серийно выпускаемые модели металлодетекторов, в которых используется метод переходных процессов, значительно превосходят по количеству модели с гармоническим намагничиванием. Металлодетектор именно такого типа и будет проектироваться в настоящем дипломном проекте.

К недостаткам импульсных металлодетекторов следует отнести сложность реализации на практике дискриминации объектов по типу металла, высокие технические требования к аппаратуре генерации и коммутации импульсов тока и напряжения большой амплитуды, и худшая, чем у гармонического метода, помехозащищенность.

Примерами металлодетекторов, в которых используется метод переходных процессов, являются следующие модели: Metor -200 (Metorex International, Финляндия), PMD 2 (C.E.I.А, Италия), Поиск-3 (Россия), Рубеж-2 (Россия).

Для уменьшения вышеописанных недостатков в современных металлодетекторах, использующих электромагнитные методы обнаружения, находит применение дискретно-пространственное сканирование излучающих и приемо-измерительных операций (использование многокатушечных систем). В случае распределения предметов личного пользования по высоте, такое построение обеспечивает анализ переизлученных полей по каждой зоне, а не по совокупному полю, переизлученному всеми объектами. Измерение и анализ индуцированного сигнала осуществляется в каждой зоне отдельно и поочередно в разные моменты времени. Переизлучают только предметы, попавшие в ту или иную зону. Совместная обработка сигналов со всех каналов в некоторых случаях, очевидно, позволит отстроиться даже от металлических частей ручной клади. Многокатушечные системы применены в таких моделях металлодетекторов как Intelliscan 12000 и Metor-200. Это дало возможность разделить обнаружение по зонам и уменьшить вероятности ложных тревог.

Другие типы металлодетекторов

Магнитометры

Магнитометрами называется обширная группа приборов, предназначенных для измерения параметров магнитного поля (например, модуля или составляющих вектора магнитной индукции). Использование магнитометров в качестве металлоискателей основано на явлении локального искажения естественного магнитного поля Земли ферромагнитными материалами, например железом. Обнаружив с помощью магнитометра отклонение от обычного для данной местности модуля или направления вектора магнитной индукции поля Земли, можно с уверенностью утверждать о наличии некоторой магнитной неоднородности (аномалии), которая может быть вызвана железным предметом.

По сравнению с рассмотренными ранее металлодетекторами, магнитометры имеют гораздо большую дальность обнаружения железных предметов. Впечатляет информация о том, что с помощью магнитометра можно зарегистрировать мелкие обувные гвозди от ботинка на расстоянии 1 метр, а легковой автомобиль - на расстоянии до 10 метров[1]. Такая большая дальность обнаружения объясняется тем, что аналогом излучаемого поля обычных металлоискателей для магнитометров является однородное магнитное поле Земли, поэтому отклик прибора на железный предмет обратно пропорционален не шестой, а третей степени расстояния.

Принципиальным недостатком магнитометров является невозможность обнаружения с их помощью предметов из цветных металлов, а также громоздкость и сложность конструкции.

Радиолокаторы

Общеизвестен факт, что с помощью современных радиолокаторов можно обнаружить такой объект, как самолет, на расстоянии нескольких сотен километров. Современная электроника позволяет создать компактное устройство, пусть намного уступающее по дальности обнаружения современным стационарным радиолокаторам, но позволяющее обнаруживать интересующие нас предметы. Типичным для них является применение достижений современной микроэлектроники СВЧ, компьютерной обработки полученного сигнала. Использование современных высоких технологий практически делает невозможным самостоятельное изготовление этих устройств. К преимуществам радиолокаторов следует отнести принципиально более высокую дальность обнаружения. Отраженный сигнал в грубом приближении можно считать подчиняющимся законам геометрической оптики и его ослабление пропорционально не шестой и даже не третьей, а лишь второй степени расстояния. Применение таких устройств пока весьма ограничено.

.2 Обзор аналогичных технических решений

.E.I.A 02PN10

Производитель - СЕIА (Италия), цена - 7850 у. е. Металлодетектор 02PN10 позволяет определять различные типы оружия (магнитные, немагнитные, изготовленные из композитных материалов) небольших размеров и с минимальной массой, сохраняя при этом высокую селективность по отношению к объектам разрешенным для проноса (очки, ключи, металлические пуговицы, монеты и пр.). Основные области применения: аэропорты с большим пассажиропотоком, массовые мероприятия, требующие повышенной безопасности.

Технические характеристики:   

-   повышенная селективность;

-   доступ к функциям управления, и программирования с помощью набора Chip-карт с различными уровнями безопасности;

-       регулировка чувствительности в широком диапазоне;

-       устойчивость к электромагнитным помехам и механическим вибрациям;

-       возможность установки двух и более металлодетекторов на расстоянии до 5 сантиметров (автоматическим разнесением частот генерации электромагнитного поля);

-       не требуется предварительная и периодическая калибровка;

-       защита от несанкционированного доступа к панели управления с помощью механического ключа и системы из двух паролей;

-       обнаружение объектов перемещающихся с высокой скоростью (до 15 м/с).

Система оповещения:

- световая индикация с градацией массе детектируемого объекта;

-       зеленая шкала для объектов с массой ниже заданного порога

чувствительности;

- красная шкала для объектов с массой выше заданного порога

чувствительности.

- программируемые уровень громкости и тональность звукового

сигнала;

- тональность сигнала может быть фиксированной, либо

изменяться в зависимости от массы детектируемого объекта.

Эксплуатационные характеристики:

-   цветовое исполнение: светло-серый (RAL 7040);

-       внешний интерфейс: RS-232C;

-       рабочее напряжение: 115/230 В, 45-65 Гц;

-       максимальная мощность: 30 Вт;

-       температурный диапазон: от -15 °С до +50 °С;

-       относительная влажность воздуха: до 95 % (без конденсации).PD-6500

Производитель - Garrett Electronics (США), цена - 5050 y.e. Многозонный арочный металлодетектор высокой надежности с 32 зонами индикации металла по вертикали арки. Высокая точность обнаружения, современный дизайн, позволяют использовать данную модель в местах с повышенными требованиями к безопасности. GARRETT PD-6500 позволяет определить положение объекта проноса на теле человека с помощью индикации на вертикальной панели, что позволяет свести к минимуму необходимость ручного досмотра. Благодаря использованию многокатушечной схемы имеет абсолютно равномерное покрытие по всей высоте арки. Настраивается на любую массу металла, начиная от нескольких грамм и больше. Работой прибора управляет микропроцессор, программа которого исключает взаимную маскировку предметов с противоположными магнитными свойствами. Включает 20 стандартных программ для любых условий работы, в т.ч. АЭРОПОРТ, ШКОЛА, СУД, СТРОЕНИЯ, АТОМНЫЙ ОБЪЕКТ, ТЮРЬМА. В каждой программе реализовано 200 уровней чувствительности

Имеется возможность синхронизации нескольких детекторов для одновременной работы. В составе устройства счетчик количества проходов, на ИК-барьере.

Технические характеристики GARRET PD-6500:

­    питание 100-240 В, 50/60 Гц, 5Вт;

­    рабочие температуры -20 - +70 С;

­    влажность до 95 %;

­    вес 51 кг;

­    внешние размеры 0.9 х 2.2 х 0.57 м;

­    внутренние размеры 0.76 х 2 х 0.57 м.

Соответствие стандартам:

­   соответствует всем требованиям Федеральной Администрации Авиации США от 1991 г. по применению в аэропортах;

­   соответствует стандарту 0601.00 Национального института силовых структур криминального правосудия США;

­    соответствует новой директиве Европейского сообщества по Электромагнитной совместимости;

­    соответствует стандарту IEC по требованиям безопасности для электронных измерительных аппаратов.Metor 200

Производитель - METOREX (Финляндия), цена - 6300 €.

Проходной многозонный металлодетектор с индикацией проноса металла (8 зон) от уровня пола двусторонним дисплеем. Настраивается на любую массу металла от нескольких граммов и больше. Применение: аэропорты, морские порты, банки, общественные здания (залы суда, посольства, конференции), промышленность, тюрьмы, стадионы, больницы, электростанции, гостиницы, рестораны, казино, дискотеки.200 оборудован предельно простым пультом дистанционного управления. Пульт находится внутри поперечной перекладины и может извлекаться во время изменения параметров или инсталляции металлодетектора. Также он может быть настроен для работы с одним или несколькими металлодетекторами.

Пульт дистанционного управления работает через пароли, что позволяет избежать изменения параметров другим человеком или использования другого дистанционного пульта управления. Пульт может быть заперт в поперечине, либо находиться у авторизованного персонала, что предотвращает возможность изменения параметров металлодетектора посторонними лицами. Буквенно-цифровой дисплей показывает результаты самодиагностики и количество проходов.

Программное обеспечение включает предустановленные программы, как того требуют международные организации в сфере безопасности, а также программы обнаружения различных материалов.

Технические характеристики:

-   рабочая температура: от-10 °С до +55 °С;

-       влажность: до 95 %, без конденсата;

-       рабочее напряжение: от сети 220 В / 45-65 Гц, батарея 24-35V DC; мощность: 45 Вт;

-       сигнал тревоги: свечение дисплея красным светом; показывается строка относительного размера предмета; изменяемый тон и громкость сигнала тревоги;

-       регулировка чувствительности: 100 уровней чувствительности в каждой программе;

-       регулировка чувствительности зоны: восемь зон; каждая зона индивидуально регулируется (от 0 до 255 %) относительно полного уровня чувствительности;

-       автоматическая или ручная настройка чувствительности;

-       регулируемое время восстановления после тревоги;

-       постоянная самодиагностика с выводом кода ошибки;

-       единая сеть управления: подключение к сети управления METORNET® (RS422);

-   перекладина + электроника вес в упаковке, кг: 20,0;

-       перекладина + электроника объём в упаковке, м³: 0,13.

Ranger Tri Sector

Производитель - Ranger Security (США), цена - 3950 у. е.

Tri Sector разработан для профессионального использования в области обеспечения безопасности в условиях ограниченного финансирования. Эта модель обеспечивает высокий уровень защиты. Как и все металлодетекторы Ranger, он оснащен функциями самодиагностики и автоматической калибровки. Это гармонический металлодетектор, он постоянно активен, его цепи детектирования не могут быть выключены или переведены в режим ожидания. Ranger Tri Sector обнаруживает предметы, как проносимые медленно, так и пробрасываемые в пространстве под аркой. Многие популярные металлодетекторы не удовлетворяют этим требованиям, они переводятся в рабочий режим из состояния ожидания только когда в пространство под аркой входит человек, и сотрудник охраны вынужден постоянно пристально наблюдать за происходящими событиями.Tri Sector имеет три вертикальных сектора детектирования, что позволяет определить, находится ли подозрительный объект слева, справа или по центру в пространстве под аркой. Индикация соответствующего сектора осуществляется с помощью ярких светодиодов, расположенный на нижней части центрального блока детектора, а также на дисплее прибора.

Технические характеристики:

-       3 зоны детектирования;

-       указание положения объекта - слева, справа или по центру в пространстве под аркой;

-       20 программ селективного обнаружения металлов;

-       диапазон базовой чувствительности для всех программ от 1 до 99 % с шагом 1 %;

-       настройка чувствительности каждой зоны от 1 до 99 % с шагом 1 %;

-       16 рабочих частот;

-       возможность автономного питания;

-       диапазон рабочих температур -20 °C…+55 °C, при влажности до 95 %;

-       возможность заказа моделей с шириной прохода 914 мм;

-       вес - 64 кг.

Металлодетекторы реализуют алгоритмы селективного металлодетектирования. Это означает, что для решения поставленной задачи прибор можно настроить таким образом, чтобы он обнаруживал целевые объекты и игнорировал все остальные. Например, в случае поиска оружия, можно настроить металлодетектор на обнаружение пистолетов, ножей, заточек и т. п., одновременно избежав ложных срабатываний от предметов личного пользования (монеты, ключи сотовые телефоны). Решая же задачу предотвращения хищений, возможно откалибровать прибор для поиска специфических предметов (от малогабаритных электронных изделий до многокомпонентных сплавов) и, опять же, не беспокоить обследуемых и персонал ложными срабатываниями от предметов, разрешенных к проносу. Селективность существенно облегчает и ускоряет процесс досмотра.

Алгоритмы селективного обнаружения реализованы в виде 20 программ селективного       детектирования, которые позволяют быстро настроить металлодетектор для работы в большинстве случаев. Для решения специальных задач пользователь может создавать свои собственные программы, возможности которых ограничены только фантазией и трудолюбием создателя.

Особенно стоит отметить высокую помехоустойчивость металлодетекторов Ranger Security Detectors, которая обеспечивается как уникальной системой приемо-передающих контуров, так и использованием новейших цифровых алгоритмов обработки сигнал.

Гвоздика-003 (Россия)

Цена: 2700 у. е. Проходной металлодетектор, предназначенный для поиска и обнаружения металлических предметов - огнестрельного и холодного оружия, скрытого в одежде, обуви и на теле человека в присутствии более мелких рассредоточенных металлических предметов: оправа очков, металлические пуговицы, ювелирные украшения, монеты, ключи, зубные коронки и т. п. Рекомендуется к установке в зонах особого режима, в зданиях судов, на проходных промышленных предприятий, спорткомплексах, дискотеках. Обнаружение металлических предметов соответствующих размеров задается настройкой с панели управления. При наличии металлических предметов более заданной массы раздается звуковой и световой сигнал тревоги. Тональность сигнала тревоги зависит от массы и размеров обнаруженного металлического предмета.

Звуковая и световая индикация о неисправности генераторных каналов и насыщении приемных каналов близко расположенными массивными металлическими предметами. Уровень электромагнитного поля металлодетектора не превышает допустимых по ГОСТ 12.1.002-84 и ГОСТ 12.1.006-84.1

Технические характеристики:

-       напряжение питания: 178..244 В, 50 Гц;

-       потребляемая мощность: не более 200 Вт;

-       диапазон рабочих температур: от -10 °C до +50 °C;

-       пропускная способность: не менее 13 человек в минуту;

-       суммарный вес боковых детектирующих панелей, блока обработки сигналов и блока питания: 101 кг;

-       ширина прохода: 0,74 м или 0,54 м;

.3 Патентный поиск

Известно, что металлодетекторы с импульсным намагничиванием применяются во многих сферах жизнедеятельности человека. Существует множество вариантов конструктивного и схемотехнического исполнения металлодетекторов такого типа. В ходе подготовки дипломного проекта были проведены патентные исследования, целью которых было выявить насыщенность рынка аналогичными или близкими к проектируемому устройству.

2. Анализ исходных данных

Выявленные в процессе патентного поиска аналоги имеют схожие с разрабатываемым устройством схемотехническое решение, близкие технические характеристики, однако, предполагают, зачастую, иную область применения (поисковые земляные работы, рудная разведка, использование в пищевой промышленности).

В настоящее время имеется доступ к широкой номенклатуре подобных приборов, однако, некоторые их характеристики нуждаются в доработке или усовершенствовании, поскольку разрабатываемое устройство предполагается применять с целью защиты хозяйственных объектов от несанкционированного проноса металлических и металлосодержащих предметов, а также людей в местах массового скопления от террористической угрозы и возможных последствий неосторожного обращения с холодным оружием.

Разрабатываемый металлодетектор, таким образом, может пользоваться спросом у потребителя, если будет являть собой оптимальное сочетание обнаружительных способностей, габаритных параметров при сравнительно невысокой стоимости и возможности интеграции с персональными компьютерами. Большое влияние на мобильность устройства оказывает выбор системы питания: питание от сети переменного тока не всегда удобно, поскольку ограничивает возможность быстрого развертывания поста охраны и скрытность контроля охраняемой зоны. С точки зрения этих требований, целесообразно предусмотреть питание от автономного источника (аккумуляторная батарея). На сегодняшний день на рынке имеется масса предложений автономных источников питания, которые работают как однократно, так и повторные циклы. Опасения по поводу сбоев в работе прибора при низком понижении заряда аккумулятора могут быть скомпенсированы при использовании современных преобразователей и стабилизаторов напряжения, позволяющих обеспечивать оптимальный уровень питания цепи при низком заряде аккумулятора еще некоторое время до смены источников питания.

Большинство современных устройств, имеющих в составе элементы микропроцессорной техники, могут интегрироваться с персональным компьютером для перепрограммирования и отладки микроконтроллеров, анализа уровней, поступающих на оконечный каскад прибора. Основным интерфейсом обмена данных при этом становится RS-232. Однако, в последнее время все более популярным становится интерфейс обмена данными USB. USB (англ. Universal Serial Bus - «универсальная последовательная шина») - последовательный интерфейс передачи данных для периферийных устройств в вычислительной технике. Для подключения периферийных устройств к шине USB используется четырёхпроводный кабель, при этом два провода (витая пара) в дифференциальном включении используются для приёма и передачи данных, а два провода - для питания периферийного устройства. Благодаря встроенным линиям питания USB позволяет подключать периферийные устройства без собственного источника питания.

Уменьшения габаритов и массы готового устройства можно будет добиться применением современной элементной базы, увеличением плотности монтажа. К тому же, грамотный подбор элементной базы позволит соблюсти требования климатического исполнения и повысить надежность готового устройства.

Таким образом, можно сформировать некоторые основные требования к проектируемому устройству:

. Металлодетектор должен быть построен на принципе взаимной индукции связанных контуров, образованных генераторной рамкой, приемной рамкой и контуром вихревых токов металлического предмета, движущегося в пространстве под аркой.

. Для детектирования металлических предметов должен использоваться импульсный метод намагничивания, как более совершенный и экономически выгодный.

. Питание металлодетектора должно осуществляться от аккумуляторной батареи напряжением 12 В.

. Потребляемая мощность - не более 20 Ватт.

. Минимальная масса обнаруживаемого предмета - 30 г.

. Устройство должно реагировать только на движущиеся предметы.

. Управление и изменение параметров работы осуществить с помощью ЭВМ. Интерфейс обмена данными и командами - USB.

. Несанкционированный пронос металлического предмета должен сигнализироваться световым и звуковым сигналом.

3. Анализ электрической функциональной и принципиальной схемы устройства

.1 Функциональная схема устройства

На рисунке 3.1. приведена функциональная схема проектируемого металлодетектора. В состав устройства входит генераторная, приемная рамка, канал формирования импульсов и канал обработки полезного сигнала. Микроконтроллер (МК) формирует импульсы, которые с выходов усилителей мощности, включенных по мостовой схеме, подаются на генераторную рамку. Сканирующее магнитное поле создает в обнаруживаемом металлическом предмете вихревые токи, порождающие переизлученное магнитное поле. Переизлученное магнитное поле наводит в приемной рамке полезный сигнал. Так как достоверно известна фаза принимаемого сигнала и его временное положение, для повышения помехоустойчивости схемы применяется синхронное детектирование. Синхронный детектор собран на двух операционных усилителях, включенных по инвертирующей и неинвертирующей схемах, и двух аналоговых ключах, которые синхронно с управляющими сигналами подключают выходы усилителей к интегратору. Напряжение на интеграторе пропорционально амплитуде полезного сигнала, наведенного в катушке. Управление ключами и формирование временных задержек между импульсами осуществляет микроконтроллер. После усиления и фильтрации отклик от канала подаются на МК, для оцифровки и передачи его в ПК. МК соединяется с ПК посредством преобразователя сигналов FT4232H производителя Future Technology Devices International Ltd. Данная микросхема также позволяет эмулировать работу с МК через интерфейч JTAG, что упрощает программирование и отладку прибора.

Рисунок 3.1 - Функциональная схема металлодетектора

.2 Конструкция генераторных рамок

На рисунке 3.2 показаны линии магнитной индукции, создаваемые плоской катушкой, выполненной в виде рамки [3]. Применение такой конструкции катушки в качестве генераторной рамки металлодетектора имеет один существенный недостаток. Пусть предмет поиска выполнен в виде тонкой пластины и проносится параллельно плоскости X0Z. Над центральной частью катушки практически отсутствуют линии индукции, которые пронизывали бы такую пластину под прямым углом, что является необходимым условием для возникновения вихревых токов в ней. Следовательно, обнаружение в таком случае будет затруднительно, либо вовсе невозможно. Пластина, проносимая параллельно плоскостям Х0Y и Y0Z, будет пронизываться линиями поля Z_К и X_к, и будет обнаружена.

Рисунок 3.2 - Линии магнитной индукции катушки с током

Чтобы обнаруживать тонкие предметы любой ориентации, следует использовать две генераторные рамки. В данном устройстве стоит цель совместить функциональность и компактность, потому используется только одна генераторная рамка и один канал обработки сигналов.

.3 Структурная схема устройства

На рисунке 3.3 приведена структурная схема разрабатываемого устройства. Управление формирователями импульсов и синхронными детекторами, оцифровка обработанного сигнала, обмен данными и командами с персональным компьютером, осуществляет микроконтроллер. Задание параметров работы осуществляется с ПЭВМ, при помощи специально разработанного программного обеспечения.

Рисунок 3.3 - Структурная схема металлодетектора

Для обеспечения работы металлодетектора необходима аккумуляторная батарея 12 В.

.4 Принцип работы схемы. Временные диаграммы

На рисунке 3.4 представлены временные диаграммы, поясняющие принцип работы металлодетектора. U₁₁ и U₁₂ - напряжения на затворах транзисторов VT1, VT4 и VT2, VT3. Открывая поочередно соответствующую пару транзисторов на время t_н, мы формируем в генераторной рамке разнополярные треугольные импульсы тока. Так как после окончания действия импульса t_w ток в рамке не может прекратиться мгновенно, формируется индуктивный выброс напряжения (график - U_L), величина которого ограничивается, как было сказано выше, защитными стабилитронами, входящими в состав транзисторов. Таким образом рассасывается (рекуперирует) энергия, накопления в индуктивности. Излучающееся при этом магнитное поле создает в металлических предметах вихревые индукционные токи. В свою очередь, постепенно затухая, эти токи создают переизлученное магнитное поле, которое можно регистрировать. По характеру переизлученного поля можно судить о свойствах обнаруживаемого предмета. В массивных металлических предметах вихревые токи затухают дольше, поэтому по затягиванию заднего фронта импульса принятого сигнала можно судить о массе проносимого предмета.

Рисунок 3.4 - Временные диаграммы работы металлодетектора

Обнаруженные способности данного метода тем выше, чем круче задний фронт импульса тока в генераторной рамке, так как магнитное поле создается изменяющимся во времени током, и чем выше скорость изменения тока, тем интенсивней создается поле. Дополнительная сложность, которая была обнаружена при проведении экспериментов - экспоненциально-затухающие колебательные процессы, возникающие после прекращения действия отпирающего транзисторы импульса, которые делали метод практически неэффективным. Для снижения добротности генераторной и приемной рамки и подавления затухающих колебаний используются резисторы R1 и R13. На следующих двух рисунках представлены осциллограммы напряжения на выходе первого каскада усиления при отсутствии в поле металлодетектора металлических предметов - рисунок 3.5 - и при внесении в поле массивной металлической пластины - рисунок 3.6. Можно заметить, что характер переходных процессов достаточно ярко выражен. Осциллограммы получены с помощью цифрового осциллографа BORDO 421.

Рисунок 3.5 - Осциллограммы напряжения на выходе первого каскада усиления при отсутствии в поле металлодетектора металлических предметов

Рисунок 3.6 - Осциллограммы напряжения на выходе первого каскада усиления при внесении в поле металлодетектора металлической пластины

4. Расчет функциональных узлов

.1 Расчет входного усилителя

Здесь и далее расчеты ведутся по методикам [4,5,6]. Примем минимальный уровень U_min обнаруживаемого сигнала в приемной рамке равным 1 мкВ, что будет соответствовать младшему разряду 10-битного результата аналогово-цифрового преобразования. Разница между Vref- и Vref+ составляет 5 В, следовательно младшему биту результата преобразования соответствует уровень напряжения U_minADC, равный:

.    (4.1)

С учетом вышесказанного сквозной коэффициент усиления приемного тракта должен быть равен:

.  (4.2)

Распределим общий коэффициент усиления между тремя каскадами поровну. Получим:

, (4.3)

где K1, K2 и K3 соответственно коэффициенты усиления каскадов на DA2, DA5.

DA2.1 включен по неинвертирующей схеме. Коэффициент усиления такой схемы определяется следующей формуле:

,   (4.4)

где Ко - коэффициент усиления усилителя без цепи ООС. Так как собственный коэффициент усиления имеет порядка миллиона то им можно пренебречь, тогда формула (4.4) приобретает вид:

.        (4.5)

DA2.2 включен по инвертирующей схеме. Коэффициент усиления такого каскада равен:

,       (4.6)

где Ко - коэффициент усиления усилителя без цепи ООС. Так как собственный коэффициент усиления имеет порядка миллиона то им можно пренебречь, тогда формула (4.6) приобретает вид:

.        (4.7)

Так как сопротивление приемной рамки порядка двух Ом, то входное сопротивление должно быть примерно в десять раз больше. Входное сопротивление схемы определяется в основном резистором R1, возьмем его номинал из ряда E24 200 Ом. Для того чтобы входное сопротивление каскада на DA1.2 не влияло на входное сопротивление выберем номиналы резисторов R3 и R5 10 кОм. Теперь можно рассчитать остальные элементы входного усилителя по формулам (4.5) и (4.7)

.      (4.8)

Примем ближайший номинал R6 из ряда Е24 - 200 кОм.

.         (4.9)

Из ряда Е24 выберем величину этого резистора равной 200 кОм.

Рассчитаем номиналы резисторов R2 и R4, они необходимы для предотвращения разбалансировки входов ОУ.

.     (4.10)

Из ряда Е24 выберем величину этого резистора равной 10 кОм.

На этом расчет входного усилителя можно считать законченным.

.2 Расчет синхронного детектора

Синхронный детектор выполнен на мультиплексоре DA3 и интегрирующей цепочки R8, C2. Постоянная времени интегрирующей цепи R8, C2, на которой происходит выделение полезного сигнала, должна быть согласована с длительностью импульса сигнала. Длительность этого импульса есть ширина временного окна t_w измерения. Примем среднее значение t_w=10 мкс. Таким образом

.  (4.11)

Из ряда номиналов Е24 выберем R8=1 кОм и С2=10 нФ.

Управление мультиплексором будет осуществлять микроконтроллер, согласно установленным временным параметрам.

.3 Расчет полосового фильтра

Так как металлодетектор должен реагировать только на движущиеся объекты и не замечать «фон» от постоянно присутствующих в поле обнаружения металлических предметов, постоянная составляющая полезного сигнала не должна усиливаться приемным трактом. В этих целях последовательно R11 и R14 включены конденсаторы соответственно C3 и С5. Величина этих конденсаторов зависит от периода повторения зондирующих импульсов и определяет минимальную скорость движения объекта поиска через арку металлодетектора, при которой еще происходит обнаружение.

Верхняя полоса приемного тракта должна быть ограничена частотой в 100Гц, для того чтобы отфильтровать шумы и исключить ложные срабатывания.

Зададимся минимальной скоростью прохода арки металлодетектора  или в метрах в секунду . При такой скорости движения проносимый через арку металлодетектора металлический предмет создаст на входе DA4.1 импульс, длительностью равный

,       (4.12)

где  - ширина прохода в направлении движения. Основываясь на факте о том, что за три постоянных времени конденсатор в RC-цепочке заряжается до величины входного воздействия, примем постоянную времени цепочек R13, C6 и R14, C5 равными:

.      (4.13)

Так как функции резисторов R13, R14, R19 и R20 аналогичны функциям R3, R6, R7 и R5 во входном усилителе, то номиналы их берутся равными т. е. для R13 и R14 по 10 кОм, а для R19 и R20 по 200 кОм соответственно. Рассчитаем значения С9 и С6:

.       (4.14)

Из ряда E12 возьмем емкость этих конденсаторов равной 100 мкФ.

Рассчитаем номиналы емкостей С5, С11 исходя из верхней граничной частоты, которая была ранее выбрана равной 100 Гц [5].

.   (4.15)

Из ряда E12 возьмем емкость конденсаторов 0,15 мкФ. Так сигнал на выходе приемной части металлодетектора может быть ниже уровня «земли», то для обеспечения работы АЦП в пределах нижнего и верхнего уровня опорного напряжения (соответственно Vref- = 0В и Vref+ = 5В) на неинвертирующий вход DA5.2 подано смещение 2,5 В с помощью резистивных делителей. Величина этих резисторов принята равной 330 кОм.

4.4 Выбор элементов обвязки микросхем

Обоснуем выбор параметров элементов, подключаемых к микроконтроллеру. Частота задающего кварцевого резонатора ZQ1 для микроконтроллера выбрана равной 11,0592 MHz. Для выбора номиналов конденсаторов С7 и С8 обратимся к фирменной документации ATMEL [7]. Согласно [7] емкости этих конденсаторов составляют 22 пФ.

Для вывода микроконтроллера из состояния сброса на его вывод RESET должен быть подан высокий логический уровень напряжения. В этих целях вывод MCLR подтянут к питанию резистором R16, сопротивление которого 10 кОм.

На разъем XS4 через DD2 выведены все необходимые сигналы для передачи данных на ПК через интерфейс USB и программирования микроконтроллера по интерфейсу JTAG, эмулируемому данной микросхемой. Это позволяет программировать и отлаживать устройство в готовой схеме. Данный подход упрощает процесс обновления «прошивки» микроконтроллера и снижает время отладки кода на этапе разработки, так как не требуется извлекать микросхему из устройства и помещать ее в программатор каждый раз при перепрограммировании.

Включение драйверов IR2101 также является типовым и приведено в [10]. Примем С1=С3=0,1 мкФ. В цепи затворов VT1, VT2, VT3 и VT4 рекомендовано включение низкоомных токоограничивающих резисторов. Примем R1=R2=R11=R12=27 Ом.

Необходимость применения резистора R13 - снижение добротности генераторной рамки, тем самым подавление колебательных процессов, возникающие после формирования импульса тока.

Для формирования прямоугольных импульсов напряжения на затворах транзисторов VT1, VT2, VT3 и VT4 диоды VD1 и VD4 должны быть высокочастотными (в данном устройстве использовались диоды BAS 16 JU/A6). С7 - накопительный конденсатор, обеспечивает формирование импульса тока. Для расчета его емкости зададимся допустимым относительным уровнем пульсаций 10 %. При напряжении питания 12 В абсолютный уровень пульсаций DU=1,2 В. При длительности импульса накачки t_н и средней величине тока I_ср DU может быть рассчитан по следующей формуле:

.      (4.16)

Из (4.11) величину С7 можно вычислить по формуле:

.         (4.17)

Для I_ср=4 А (пиковое значение, деленное пополам) и t_н=100 мкс значение С7 равно:

.     (4.18)

Примем С7=2200 мкФ.

.5 Расчет потребляемой мощности

Пиковое значение тока, протекающего через генераторную рамку равно I_п=8 А, максимальная длительность импульса накачки - t_н=100 мкс, минимальный период повторения импульсов - Т_п =1500 мкс (666 Гц). Для того, рассчитать потребляемую мощность, определим сперва среднюю за период повторения величину тока I_ср. Для этого найдем средний ток за время действия импульса t_н и разделим его на скважность импульсов W:

.        (4.19)

Так как импульс t_н практический треугольный, то среднее значение тока за время его действия равно половине пикового значения. С учетом 4.19 выражение для среднего за период повторения тока I_ср примет вид:

.   (4.20)

Примем пик потребляения всеми микросхемами металлодетектора 100 мА, что возможно крайне в редком случае. В окончательном виде формулу для расчета мощности, потребляемой металлодетектором, можно записать в следующем виде:

.        (4.21)

Суммарная потребляемая мощность не превысит 20 Вт.

На этом расчет схемы можно считать законченным.

.6 Расчет параметров генераторной и приемной рамок

В устройстве используются рамки классической конструкции - прямоугольные. Для выполнения условий компактности рамки конструктивно располагаются одна в другой. При различных значениях длины / ширины рамки имеют одинаковую площадь равную 0,01 см².

Для оптимизации расчетов примем рамки за катушки индуктивности с заданным и незвестным числом витков.

При изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, значение которой

,    (4.21)

где L - индуктивность катушки, Гн; I - сила тока через обмотку, А; t - время, с; N - число витков катушки, f - необходимый магнитный поток, Вб.

Индуктивность катушки пропорциональна линейным размерам катушки, магнитной проницаемости сердечника и квадрату числа витков намотки

,   (4.22)

где μ0 - магнитная постоянная, μi - магнитная проницаемость материала сердечника (зависит от частоты), S - площадь катушки (рамки), N - число витков, l - длина провода обмотки.

Величину необходимого для срабатывания устройства магнитного потока можно найти:

,       (4.23)

где I - среднее значение тока, по формуле (4.20).

Зная длительность импульса, равную 100 мкс, количество витков приемной рамки (12 по начальным условиям), диаметр провода, применяемого при изготовлении катушек (0,3 мм), получим, что для обеспечения работы прибора будут удовлетворительны следующие параметры рамок:

генераторная: 18 витков, 160×80 мм;

приемная: 12 витков, 120×60 мм.

Заданные условия по компактности можно считать выполненными.

5. Выбор материалов, конструкции, комплектующих узлов

.1 Выбор материала платы печатной

Для изготовления печатных плат в РЭА наиболее широкое применение получили такие материалы как стеклотекстолит, гетинакс. При выборе материала печатной платы необходимо иметь ввиду следующие рекомендации: материал печатной платы должен иметь высокие электроизоляционные показатели в заданных условиях эксплуатации РЭА, т. е. иметь большую электрическую прочность, малые диэлектрические потери, обладать химической стойкостью к действию химических растворов, используемых при изготовлении печатных плат, допускать штамповку, выдерживать кратковременные воздействия температуры до 240°С в процессе пайки на плате ЭРЭ, иметь высокую влагостойкость, быть дешевым [5, 11, 17]. При выборе материала печатной платы также необходимо руководствоваться документами ГОСТ 10316-78, 23751-86, 23752-86.

В качестве материала для производства печатной платы выбираем стеклотекстолит с двусторонним фольгированным слоем и толщиной печатного проводника равной 35 мкм СФ-2-35 ГОСТ 10316-78 для изготовления двусторонних печатных плат. В данное время стеклотекстолит наиболее распространенный материал для изготовления печатных плат, имеет хорошие технологические и эксплуатационно-технологические свойства, среди которых:

–       широкий диапазон рабочих температур (от минус 60 до плюс 105 С);

–       низкое водопоглощение (0.2…0.8 %);

–       большое объемное и поверхностное сопротивления;

–       стойкость к короблению;

–       повышенная жесткость и прочность.

5.2 Выбор элементной базы устройства

На чертеже приведена электрическая принципиальная схема разрабатываемого лабораторного макета. Приемная рамка подключаются к розетке XS1, генераторная - к розетке XS2. DA2 - входные усилители, которые вместе с микросхемой DA4 выполняют функцию синхронного детектирования принимаемых сигналов. В качестве DA2 использованы микросхемы NE5532 производства фирмы Texas Instruments. Отличительными особенностями этих операционных усилителей является

низкий ток потребления (330 µА);

Rail-To-Rail выход (выход, в пределах диапазона питания);

низкая стоимость;

Эти факторы в основном определили использование их в данном устройстве.

Микросхема DA4 - CD4051 - представляет собой мультиплексор аналоговых сигналов в диапазоне ±7,5 Вольт:

время включения / выключения - 220 нc;

сопротивление канала в открытом состоянии - 10 Ом.

Для сравнения, отечественная микросхема со сходными функциями К561КП2 имеет следующие характеристики: время коммутации в пределах 300 - 400 нс, сопротивление открытого ключа в пределах 350 - 500 Ом. Высокие характеристики и доступность определили использование CD4051 в разрабатываемом устройстве. Внутренняя структура и назначение выводов микросхемы приведена на рисунке 4.2 [8].

Дальнейшее усиление и фильтрация сигнала происходит на DA4 (NE5532). Усиленный сигнал с выходов операционных усилителей подается на вход АЦП, входящего в состав микроконтроллера ATMEGA 16 [9], для его оцифровки и передачи на управляющую ЭВМ в целях более сложной обработки (определение геометрических размеров проносимого предмета; определение типа металла; обнаружение характерных признаков, присущих конкретному виду оружия и так далее).

Рисунок 5.1 - Внутренняя структура и назначение выводов CD4051

В схеме использовались полевые транзисторы, как наиболее хорошо подходящие транзисторы для преобразовательной и измерительной техники. Они обладают рядом преимуществ перед биполярными, кроме того, функциональнее и дешевле. Наиболее важные преимущества полевых транзисторов, следующие:

) Управляется не током, а напряжением (электрическим полем), это значительно упрощает схему и снижает затрачиваемую на управление мощность.

) В полевых транзисторах нет неосновных носителей, поэтому они могут переключаться с гораздо более высокой скоростью (в биполярном транзисторе, помимо основных носителей тока, существуют также и неосновные, которые прибор приобретает, благодаря току базы. С наличием неосновных носителей связано время рассасывания, что в конечном итоге обуславливает задержку выключения транзистора).

) Повышенная теплоустойчивость. Рост температуры полевого транзистора при подаче на него напряжения приведет, согласно закону Ома, к увеличению сопротивления открытого транзистора и, соответственно, к уменьшению тока. Поведение биполярного транзистора более сложно, повышение его температуры ведет к увеличению тока. Это означает, что биполярные транзисторы не являются термоустойчивыми приборами. В них может возникнуть очень опасный саморазогрев, который легко выводит транзистор из строя. Вышеуказанное имеет значение, поскольку досмотровая техника эксплуатируется в различных погодных условиях.

) Термоустойчивость полевого транзистора помогает разработчику при параллельном соединении приборов для увеличения нагрузочной способности. Можно включать параллельно достаточно большое число MOSFETов без выравнивающих резисторов в силовых цепях и при этом не опасаться рассимметрирования токов, что, очень опасно для биполярных транзисторов. Однако параллельное соединение полевых транзисторов тоже имеет свои особенности.

) Полное отсутствие вторичного пробоя. Это преимущество позволяет эффективнее использовать полевой транзистор по передаваемой мощности.

Для создания необходимого зондирующего магнитного поля, ток, развиваемый в генераторной рамке, должен иметь величину 10 ампер. Создание таких больших токов до последнего времени затрудняло построение металлодетекторов, использующих импульсный метод намагничивания. Ситуация изменилась с появлением мощных КМОП транзисторов, способных коммутировать токи величиной в десятки ампер. В данной работе используются мощные КМОП-транзисторы КП723В (аналог IRFZ40). Максимальный ток стока, на который рассчитан этот транзистор, составляет 50 А, что вполне удовлетворяет поставленным требованиям. Особенностью данного транзистора, как и многих других мощных КМОП-ключей, является включенный между стоком и истоком защитный стабилитрон (показан на рисунке 5.2). В проектируемой схеме стабилитроны, входящие в состав транзистора, ограничивают амплитуду выбросов напряжения на индуктивности генераторной рамки, что является достаточно нетривиальным решением, позволяющем не прибегать к дополнительной схеме ограничения, приводящей к усложнению устройства.

Рисунок 5.2 - Условное обозначение транзистора КП723В

Важный момент, о котором нужно помнить при использовании мощных полевых транзисторов - это достаточно высокая входная емкость С_зи (для IRFZ40 емкость порядка 2000 pF), что приводит к большим динамическим токам затвора. Для максимально быстрого включения КМОП-ключа необходим источник напряжения с минимальным внутренним сопротивлением, способный отдавать в импульсе достаточно высокий ток для заряда входной емкости транзистора. В этой ситуации использование порта микроконтроллера невозможно, поэтому для управления такими транзисторами применяют специальные микросхемы-драйверы, удовлетворяющие поставленным выше условиям. В настоящей работе использованы микросхемы IR2101 (производство International Rectifier). Внутренняя структура и расположение выводов приведено на рисунке 5.3 [10].

Рисунок 5.3 - Внутренняя структура и назначение выводов IR2101

В состав микросхемы входят два независимых драйвера для управления мощными ключами, что позволяет строить двухтактные схемы. В данном устройстве используется две IR2101 и четыре КП723В, объединенных в мостовую схему. Использование мостовой схемы позволяет повысить мощность, отдаваемую в нагрузку (в данном случае - генераторную рамку), ровно в два раза по сравнению с двухтактным включением. Для управления работой звукового излучателя также был использован указанный полевой транзистор, поскольку он удовлетворяет всем требованиям обвязки полярного излучателя звука S-424HDT вкупе в управлением светодиодной индикацией.

Все элементы, используемые в схеме, предназначены для поверхностного монтажа, что позволяет добиться повышения надежности устройства, уменьшения энергоемкости и, как следствие, увеличения времени работы от аккумуляторной батареи.

6. Конструкторские расчеты

.1 Расчет надежности

Ориентировочный расчет показателей надежности

При ориентировочном расчете учет электрического режима и условий эксплуатации элементов выполняется приближенно, с помощью обобщенных эксплуатационных коэффициентов [18, 19].

Ориентировочный расчет выполняется на начальных стадиях проектирования РЭУ, когда еще не выбраны типы и эксплуатационные характеристики элементов, не спроектирована конструкция и отсутствуют результаты конструкторских расчетов.

Ориентировочный расчет производится для периода нормальной эксплуатации РЭУ (для периода, когда общая интенсивность отказа устройства примерно постоянна во времени).

При ориентировочном расчете пользуются допущениями:

отказы элементов случайны и независимы;

для элементов РЭУ справедлив экспоненциальный закон надежности;

принимаются во внимание только внезапные отказы

учитываются только элементы электрической схемы, а также монтажные соединения, если вид соединения заранее определен;

учет электрического режима и условий эксплуатации элементов выполняется приближенно.

Формируем группы однотипных элементов и по справочным данным определяем среднегрупповое значение интенсивности отказов.

Так образом получаем, для резисторов выбираем значение интенсивности отказов, соответствующее мощности рассеивания менее 0,5 Вт при постоянном токе, так как полосовой фильтр потребляет мало мощности и работает при постоянном токе. Конденсаторы выберем керамические. Данные об интенсивности отказов представлены в таблице 6.1. Учитывается также и количество функциональных узлов.

Таблица 6.1 - Данные для ориентировочного расчета

Группа элементов	Количество элементов в i-й группе Интенсивность отказов для элементов i-й группы , × 1/чПроизведение *, ×1/ч
Резистор	23	0,05	0,65
Конденсатор	18	0,02	0,36
Диод	8	0,20	1,6
Транзистор	5	0,30	1,5
Тумблер	1	0,80	0,80
Индикатор сигнальный	2	3,30	6,60
Интегральная микросхема	8	0,45	3,6
Печатная плата	1	0,2	0,2
Пайка	216	0,04	8,64
∑	-	-	23,95

Число паек определяется как суммарное число выводов элементов и внешних выводов каскада. В данном случае пайки рассматриваются как элементы.

=23,95*1/ч

С помощью обобщенного эксплуатационного коэффициента, найденного по справочным таблицам для лабораторных условий, скорректируем величину , учтя тем самым приближенно электрический режим и условия работы элементов (согласно исходным данным УХЛ 2: для эксплуатации под навесом или в помещениях (объемах), где колебания температуры и влажности, воздуха несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе и имеется сравнительно свободный доступ наружного воздуха, например, в палатках, кузовах, прицепах, металлических помещениях без теплоизоляции, а также в оболочке комплектного изделия категории 1 отсутствие прямого воздействия солнечного излучения и атмосферных осадков). Согласно справочным данным =1,07 (наземные стационарные условия). Тогда

(υ)= 23,95**1,07=25,63* 1/ч        (6.1)

По общепринятым формулам для экспоненциального закона надежности подсчитываем другие показатели надежности:)       наработка на отказ

== 39016 ч        (6.2)

Р()==0,98 (6.3)

в) гамма-процентная наработка до отказа (при γ=0,99)

= = 1800 ч        (6.4)

Уточненный расчет надежности

Интенсивность отказов рассчитывается

,        (6.5)

где li 0 - справочное значение интенсивности отказа i-го элемента;- общее число учитываемых эксплуатационных факторов;

aj - поправочный коэффициент.- общее число элементов конструкции.

В наших расчетах используются комбинированные поправочные коэффициенты:

a1,2 - учитывающий одновременно температуру и электрический режим;

a3,4 - учитывающий одновременно кинематические и механические нагрузки.

Для определения поправочных коэффициентов aj, воспользуемся обобщенными таблицами и графиками.

Данные для расчетов в таблице 6.2.

Таблица 6.2 - Исходные данные для уточненного расчета надежности

N п/п	Наименование элементов	l0i10-6, 1/час	Кол-во элементов	Sl0i10-6, 1/час	kн	a1,2	a3,4	П(ai)	ti, час
1	Резистор	23	0,05	0,65	0,6	0,9	2	5	0,6
2	Конденсатор	18	0,02	0,36	0,6	0,15	2	1,8	0,4
3	Диод	8	0,20	1,6	0,6	0,9	2	1,8	0,6
4	Транзистор	5	0,30	1,5	0,7	0,9	2	0,3	0,5
5	Тумблер	1	0,80	0,80	0,7	1,2	2	0,7	3
6	Индикатор сигнальный	2	3,30	6,60	0,5	0,35	2	0,7	0,4
7	Интегральная микросхема	8	0,45	3,6	0,7	2,5	2	2,2	0,2
8	Печатная плата	1	0,2	0,2	0,7	0,35	2	0,7	1
9	Пайка	216	0,04	8,64	0,6	0,35	2	0,7	1

Средняя наработка на отказ данного изделия определяется:

(6.6)

Вероятность безотказной работы рассчитывается:

  (6.7)

Среднее время восстановления рассчитывается:

         (6.8)

где q_i - вероятность отказа из-за выхода из строя элемента i-ой группы;

k - число групп элементов.

Вероятность восстановления рассчитывается:

       (6.9)

где t - заданное время восстановления.

Коэффициент готовности рассчитывается:

, (6.10)

Коэффициент ремонтопригодности рассчитывается:

,       (6.11)

Вероятность безотказной работы с учетом восстановления рассчитывается:

, (6.12)

Доверительные границы для наработки на отказ:

, (6.13)

где n = 10…15 - число отказов достаточных для определения надежности;

a = 0,9…0,99 - достоверность определения границ;

,

 

l² - функция, определяемая в зависимости от числа степеней свободы и доверительной вероятности.

Параметры надежности, полученные в результате расчета:

Средняя наработка на отказ, ч                                           39200

Вероятность безотказной работы                                       0,98

Среднее время восстановления, ч                                       0,15

Вероятность восстановления                                                        0,9712

Коэффициент готовности                                                     0,998

Коэффициент ремонтопригодности                                    0,0001

Вероятность безотказной работы с учетом восстановления       0,9898

Доверительные границы для наработки на отказ 35898,3…42532,6

Полученные данные соответствуют требованиям, записанным в техническом задании.

.2 Расчет механической прочности и устойчивости

Все виды радиоэлектронных средств подвергаются воздействию внешних механических нагрузок, которые передаются к каждой детали, входящей в конструкцию. Разрабатываемый импульсный металлодетектор может эксплуатироваться не только в качестве стационарного обнаружителя, но и мобильно. Таким образом, разрабатываемый прибор в процессе эксплуатации может подвергаться воздействиию вибраций. При расчете частот собственных колебаний конструкцию радиоэлектронного средства условно заменяют эквивалентными расчетными схемами, для которых известны аналитические зависимости. Основное условие замены состоит в том, чтобы расчетная схема возможно ближе соответствовала реальной конструкции и имела минимальное число степеней свободы [18, 19].

Собственная частота поверхностно монтируемых элементов мало отличается от частоты платы, поэтому проведем расчет частоты колебаний самой крупногабаритной микросхемы со штыревыми выводами разрабатываемого металлодетектора - стабилизатора PSD 1205DLF. При расчете частоты собственных колебаний микросхемы ее представляют в виде консольной конструкции (рисунок 7.4.1).

Рисунок 6.1 - Консольная конструкция

В этом случае расчет собственной частоты колебаний микросхемы, Гц, можно произвести по формуле

,       (6.14)

где Е - модуль упругости материала балки, Н/м²;

где М - сосредоточенная масса, кг;

где I - момент инерции балки, м⁴;

где l - длина балки, м.

где m - приведенная погонная масса, кг/м.

Момент инерции для выводов микросхемы рассчитываем по формуле

,   (6.15)

где D - диаметр вывода микросхемы.

Подставляя значение D = 0,5·10^-3 в выражение (6.15), получим:

.

Значения исходных величин для расчета собственной частоты колебаний микросхемы следующие:

E = 0,7·10¹¹ Н/м²;

M = 8·10^-3 кг;

m = 0,025 кг/м;

l = 52,4·10^-3 м;

I = 0,0031·10^-12 м⁴.

Подставляя эти значения в выражение (6.14), получим:

 Гц.

Так как собственная частота колебаний стабилизатора не попадает в опасный диапазон частот, делаем вывод о том, что этот элемент в процессе эксплуатации вряд ли может подвергаться воздействию резонансных частот. Из анализа сборочного чертежа платы печатной узла управления и спецификации к нему приходим к выводу о необходимости расчета собственной частоты колебаний микросхемы КР142ЕН5Б. Расчет проводим аналогично расчету собственной частоты колебаний стабилизатора PSD 1205DLF. Полученное значение частоты f₀ = 115,1 Гц также не попадает в опасный диапазон.

При закреплении плат по углам в четырёх точках собственную частоту определять по формуле        

,     (6.16)

где a - длина платы, м;

где b - ширина платы, м;

где D - цилиндрическая жесткость платы, Н/м;

где M - масса платы с ЭРЭ, кг.

Цилиндрическую жесткость платы, Н/м, вычисляем по формуле

, (6.17)

где Е - модуль упругости материала платы, Н/м²;

где h - толщина платы, м;

где ν - коэффициент Пуассона.

Значения исходных величин для расчета цилиндрической жесткости платы следующие:

E = 3,02·10¹⁰ Н/м²;

h = 1,5·10^-3 м.

Подставляя эти значения в формулу (6.17), получим:

 

Масса платы с ЭРЭ составляет 108 грамм. Тогда собственная частота колебаний платы будет равна

 Гц.

Печатная плата должна обладать значительной усталостной долговечностью при воздействии вибраций. Для этого необходимо, чтобы минимальная частота собственных колебаний плат удовлетворяла условию

    (6.18)

где b - безразмерная постоянная, выбирается в зависимости от величины частоты собственных колебаний и воздействующих вибраций;- размер короткой стороны платы, мм;_bmax - вибрационные перегрузки в единицах g, 3…9.

Подставив исходные данные в выражение (6.18), получим:

 

Собственная частота вибрации платы удовлетворяет условию (6.18).

По результатам данного расчета можно сделать следующие выводы:

–       печатная плата импульсного металлодетектора будет обладать достаточной усталостной долговечностью при воздействии вибраций;

–       принятыми мерами по обеспечению виброзащищенности предотвращено возникновения резонансных явлений в приборе.

.3 Компоновочный расчет

Одна из основных задач при разработке РЭС - правильно скомпоновать элементы схемы электрической в соответствии с требованиями технического задания. Компоновка представляет собой размещение элементов РЭС в пространстве или на плоскости. Компоновка - это не абстрагированные схемные обозначения, а геометрическая модель. На этапе компоновки осуществляется выбор форм, основных геометрических размеров, ориентировочное определение массы и расположения в пространстве элементов разрабатываемой РЭА [18].

Используются следующие виды компоновочных работ:

- аналитическая компоновка;

номографическая компоновка;

аппликационная компоновка;

модельная компоновка;

графическая компоновка;

натурная компоновка.

Для определения геометрических размеров печатной платы импульсного металлодетектора был использован метод графической компоновки. Сущность этого метода - использование упрощенных способов начертания элементов. Графическая компоновка дает максимальное упрощение ручных графических работ. Это достигается. Повышение наглядности изображения дает использование цвета для выделения элементов различного типа. Данный метод я реализовал с помощью САПР «P-CAD 2006». Этот программный продукт является одной из самых мощных, полных и последовательных систем автоматизированного проектирования для персональных компьютеров. Работы с данным программным обеспечением осуществлял в два этапа:

- создание библиотеки посадочных мест для всех электрорадиоэлементов согласно перечню элементов на разрабатываемый импульсный металлодетектор в редакторе Pattern Editor;

графическая компоновка и последующая трассировка печатной платы.

Библиотека, созданная в ходе первого этапа, содержит не только данные о типе и геометрических размерах контактных площадок для элементов, расстояниях между ними, но и проекции корпусов элементов на плоскость печатной платы. Это позволило осуществить второй этап работы в редакторе P-CAD PCB. Для трассировки печатной платы был использован стандартный автотрассировщик P-CAD Quick Route. После предварительной трассировки была также проведена оптимизация электрических связей и взаимного расположения элементов на печатной плате. Таким образом получаем данные о возможных геометрических размерах и конфигурации печатной платы разарабатываемого металлодетектора. Исходя из рекомендаций ГОСТ 10317-79 и соображений виброустойчивости выбираем линейные размеры платы, которые составили 80х135 мм

7. Расчет технологических параметров изделия

.1 Расчет комплексного показателя технологичности

Технологичность - совокупность свойств изделия, которые проявляются в оптимальных затратах труда, средств, материалов и времени при изготовлении, эксплуатации и ремонте изделия [20, 21]. Основными показателями технологичности в соответствии со стандартами Единой системы технологической подготовки производства (ЕСТПП) являются трудоемкость изготовления изделия, себестоимость технологическая, уровень технологичности по трудоемкости, уровень технологичности по себестоимости. К дополнительным техническим показателям технологичности относятся коэффициент унификации, коэффициент автоматизации и механизации.

Базовые показатели технологичности блоков РЭА установлены отраcлевым стандартом ОСТ 4ГО.091.219-81 «Методы количественной оценки технологичности конструкций изделий РЭА» для четырех основных групп блоков: электронные, радиотехнические, электромеханические, коммутационные. Для этих блоков определены 7 показателей технологичности, каждый из которых имеет свою весовую характеристику φ_i, которая зависит от порядкового номера частного показателя и рассчитывается по формуле

,        (7.1)

где q - порядковый номер ранжированной последовательности частных показателей.

Таблица 7.1 - Весовые характеристики показателей

q	φi	q	φi
1	1,0	5	0,3
2	1,0	6	0,2
3	0,8	7	0,1
4	0,5

На основании расчета всех показателей вычисляют комплексный показатель технологичности по формуле 7.2.

.     (7.2)

Коэффициент технологичности находится в пределах 0 < К < 1 [21].

Все РЭА по их строению и составу можно подразделить на электронные, радиотехнические и электромеханические. Рассматриваемое устройство относится к радиотехническим. К радиотехническим относятся приемно-усилительные приборы и блоки, источники питания, генераторы сигналов, телевизионные блоки и т. д. Состав показателей технологичности приведен в табл. 7.2

Таблица 7.2 - Радиотехнические устройства

qi	Коэффициент технологичности	Обозначение	φi
1	Автоматизации и механизации монтажа	Км.м	1,0
2	Автоматизации и механизации подготовки ИЭТ к монтажу	Км.п.ИЭТ	1,0
3	Освоенности ДСЕ	Косв.	0,8
4	Применения микросхем и микросборок	Км.с	0,5
5	Повторяемости печатных плат	Кпов.п.п	0,3
6	Применения типовых ТП	Кт.п	0,2
7	Автоматизации и механизации регулировки и контроля	Ка.р.к	0,1

1. Коэффициент автоматизации и механизации монтажа:

 = ;         (7.3)

где Н_м.м - количество монтажных соединений ИЭТ, которые предусматривается осуществить автоматизированным или механизированным способом. Для блоков на печатных платах механизация относится к установке ИЭТ и последующей пайке волной припоя;

Н_м - общее количество монтажных соединений, определяемое для разъемов, реле, микросхем и ЭРЭ по количеству выводов.

. Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ИЭТ к монтажу:

;        (7.4)

где Н_м.п.ИЭТ - количество ИЭТ в штуках, подготовка выводов которых осуществляется с помощью полуавтоматов и автоматов; в число их включаются ИЭТ, не требующие специальной подготовки (патроны, реле, разъемы и т. д.);

Н_п.ИЭТ - общее число ИЭТ, которые должны подготавливаться к монтажу в соответствии с требованиями конструкторской документации.

. Коэффициент освоенности ДСЕ:

;    (7.5)

где Д_т.з - количество типоразмеров заимствованных ДСЕ, ранее освоенных на предприятии;

Д_т - общее количество типоразмеров ДСЕ в РЭС.

. Коэффициент применения микросхем и микросборок:

;  (7.6)

где H_э.мс - общее число дискретных элементов, замененных микросхемами и установленных на микросборках в РЭС;

Н_иэт - общее число ИЭТ, не вошедших в микросхемы. К ИЭТ относят резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы, разъемы, реле и другие элементы.

. Коэффициент повторяемости печатных плат:

;    (7.7)

где Д_тпп - число типоразмеров печатных плат в РЭС;

Д_пп - общее число печатных плат в РЭС.

. Коэффициент применения типовых технологических процессов:

;     (7.8)

где Д_т.п и Е_т.п - число деталей и сборочных единиц, изготавливаемых с применением типовых и групповых технологических процессов;

Д и Е - общее число деталей и сборочных единиц в РЭС, кроме крепежа (винтов, гаек, шайб).

. Коэффициент автоматизации и механизации регулировки и контроля:

;         (7.9)

где Н_а.р.к - число операций контроля и настройки, выполняемых на полуавтоматических и автоматических стендах;

Н_р.к - общее количество операций контроля и настройки. Две операции: визуальный контроль и электрический являются обязательными. Если в конструкции имеются регулировочные элементы, то количество операций регулировки увеличивается пропорционально числу этих элементов.

Нормативные значения комплексных показателей конструкций РЭС зависят от стадии разработки рабочей документации (табл. 7.3).

Таблица 7.3 - Нормативные значения показателя технологичности

Класс устройств	Разработка рабочей документации	Доработка рабочей документации
		Установочной серии	Установившегося серийного производства
Радиотехнические	0,60 - 0,75	0,70 - 0,80	0,75 - 0,85
Электронные	0,40 - 0,70	0,45 - 0,75	0,50 - 0,80
Коммутационные	0,35 - 0,55	0,50 - 0,70	0,55 - 0,75
Электромеханические	0,30 -0,55	0,40 - 0,60	0,45 - 0,65

По формуле 2 получим:

Таким образом, показатель технологичности разрабатываемого устройства соответствует необходимому и соответствует как этапу разработки рабочей документации, так и этапу выпуска установочной серии и серийного производства.

.2 Разработка технологической схемы сборки

Технологическим процессом сборки называют совокупность операций, в результате которых детали соединяются в сборочные единицы, блоки, стойки, системы и изделия [20, 21]. Простейшим сборочно-монтажным элементом является деталь, которая согласно ГОСТ 2101-68 характеризуется отсутствием разъемных и неразъемных соединений.

Сборочная единица является более сложным сборочно-монтажным элементом, состоящим из двух или более деталей, соединенных разъемным или неразъемным соединением. Характерным признаком сборочной единицы является возможность ее сборки отдельно от других сборочных единиц.

Технологическая схема сборки изделия является одним из основных документов, составляемых при разработке технологического процесса сборки. Расчленение изделия на сборочные элементы проводят в соответствии со схемой сборочного состава, при разработке которой руководствуются следующими принципами:

схема составляется независимо от программы выпуска изделия на основе сборочных чертежей, электрической и кинематической схем изделия;

сборочные единицы образуются при условии независимости их сборки, транспортировки и контроля;

минимальное число деталей, необходимое для образования сборочной единицы первой ступени сборки, должно быть равно двум;

минимальное число деталей, присоединяемых к сборочной единице данной группы для образования сборочного элемента следующей ступени, должно быть равно единице;

схема сборочного состава строится при условии образования наибольшего числа сборочных единиц;

схема должна обладать свойством непрерывности, т. е. каждая последующая ступень сборки не может быть осуществлена без предыдущей ступени.

Схема сборки с базовой деталью указывает временную последовательность сборочного процесса. При такой сборке необходимо выделить базовый элемент, т. е. базовую деталь или сборочную единицу, в качестве которой обычно выбирают ту, чьи поверхности будут использованы при установке в готовое изделие. В большинстве случаев базовой деталью служит плата, панель, шасси и другие элементы несущих конструкций изделия. Направление движения деталей и сборочных единиц на схеме показывается стрелками, а прямая линия, соединяющая базовую деталь и изделие, называется главной осью сборки.

При построении технологической схемы сборки каждую деталь или сборочную единицу изображают в виде прямоугольника (рис. 1, а), в котором указывают позицию детали по спецификации к сборочному чертежу (1), ее наименование (2) и обозначение (3) согласно конструкторскому документу, а также количество деталей (4), подаваемых на одну операцию сборки. Размеры прямоугольника рекомендуются 50х15 мм. Допускается изображение нормализованных или стандартных крепежных деталей в виде круга диаметром 15 мм, в котором указывают позицию по спецификации и количество деталей (рис. 1, б).

Технологические указания по выполнению сборочных операций или электрического монтажа помещают в прямоугольник, ограниченный штриховойлинией, а место его выполнения указывают наклонной стрелкой в точку, соответствующую данной операции. Так, на технологических схемах сборки оговаривают характер выполнения неразъемных соединений, например, сварку, пайку, склеивание, запрессовку и т. д.; применяемый материал при сборке; характер операций монтажа элементов: волной припоя, электропаяльником и т. д.; характер операций влагозащиты изделия, контроля и маркировки (рис. 7.1).

Для определения количества устанавливаемых ЭРЭ и ИМС на платы в ходе выполнения сборочных операций необходим предварительный расчет ритма сборки:

                                               (7.10)

где Ф_д - действительный фонд времени за плановый период,

N - программа выпуска.

Количество элементов, устанавливаемых по i-й операции, должно учитывать соотношение

0,9 <  <1,2;   (7.11)

где T_i - трудоемкость i-й операции сборки.

а                                                   б

Рисунок 7.1 - Условные обозначения: а - деталей и сборочных единиц; б - крепежа

. Средняя полнота сборочного состава (количество сборочных единиц на каждой ступени сборки):

Е_ср = Е/(i-1) = 1/(3-1) = 0,5                                             (7.12)

где Е - количество сборочных единиц в схеме сборочного состава;- показатель степени сложности сборочного состава, равный количеству ступеней сборки изделия.

                                                                    (7.13)

где mi - число групп, подгрупп, сборочных единиц.

. Показатель расчлененности данного процесса сборки М:

М = n/Е = 2                                                                    (7.14)

где n - число рабочих операций, определенных для конкретных условий производства (при М < 1 технологический процесс концентрирован, М > 1 - дифференцирован) В данном случае процесс является дифференцированным.

. Коэффициент средней точности сборочных работ:

                                         (7.15)

где k - показатель квалитета точности;- число сборочных единиц данного квалитета точности.

Правильно выбранная схема сборочного состава позволяет установить рациональный порядок комплектования сборочных единиц и изделия при сборке.

Для проектируемого металлодетектора была выбрана схема сборки печатной платы с базовой деталью. Базовой деталью принята плата печатная, изготовленная в соответствии с представленной конструкторской документацией. Сборку предлагается осуществлять в следующем порядке [21]:

детали, закрепляемые разъемными и неразъемными механическими соединениями;

радиоэлементы и ИМС, устанавливаемые на автоматах и полуавтоматах;

элементы, устанавливаемые вручную;

групповая пайка элементов (например, волной припоя);

установка и пайка элементов вручную;

контроль качества сборки, стопорение резьбовых соединений, маркировка.

7.3 Выбор оптимального варианта технологического процесса

При выборе оптимального варианта технологического процесса используют следующие технико-экономические критерии: технологическую себестоимость; производительность труда. Экономичный - это процесс, который при заданных условиях обеспечивает минимальную технологическую себестоимость [20, 21]. Производительность соответствует наименьшим затратам живого труда и обеспечивает быстрый выпуск продукции, важной для народного хозяйства.

Производительность - количество деталей в штуках, которое изготовлено за единицу времени:

                              (7.17)

где Ф - полезный фонд на заданный плановый период времени;

Т_шт.i - суммарная трудоемкость по i-м операциям.

Штучно-калькуляционное время

;       (7.18)

где Т_п.з. - подготовительно-заключительное время - затрачивается на ознакомление с чертежами, получение инструмента, на подготовку и наладку оборудования.

Т_шт = Т_осн + Т_вспом + Т_обсл + Т_пер;                                     (7.19)

где Т_осн - основное время (время работы оборудования);

Т_всп - вспомогательное время (время на установку и снятие детали);

Т_обсл - время обслуживания (время обслуживания и замены инструмента);

Т_пер - время перерывов (время на регламентированные перерывы в работе).

Для сборочно-монтажного производства объединяют Т_осн и Т_всп и получают оперативное время, а (Т_обсл+Т_пер) составляют дополнительное время и задают его в процентах от Т_опер. в качестве коэффициента. Тогда

                                   (7.20)

где К₁ - коэффициент, зависящий от группы сложности аппаратуры и типа производства. Согласно ОСТ 4ГО.050.012 «Нормирование сборочно-монтажных работ в производстве РЭА» выделяются 3 группы сложности РЭА: 2-го поколения (ППП и дискретные элементы); РЭА 3-го поколения (ППП, ИМС); РЭА 4-го поколения (микросборки, микроблоки).

К₂ - коэффициент, учитывающий подготовительно-заключительное время и время обслуживания в% от оперативного и зависящего от условий труда.

К₃ - коэффициент, учитывающий долю времени на перерывы в работе в% к оперативному времени.

Таблица 7.4 - Значения коэффициентов К₁ иК₂

Тип производства	К1 для группы сложности			К2, %
	1	2	3
Индивидуальное	1,3	1,8	2,0	10
Мелкосерийное	1,2	1,5	1,8	9,6
Серийное	1,0	1,2	1,5	7,6
Крупносерийное	0,75	0,90	1,12	5,4
Массовое	0,70	0,85	1,05	3,7

Для выбора варианта ТП составляют 2 уравнения для вычисления суммарного Т_шт.к:

                                                                    (7.21)

Таблица 7.5 - Значение коэффициента К₃ в зависимости от условий работы

Характер работ	К3, %
Простые, легкие работы	3
Простые, средние работы	5
Простые, в неблагоприятных условиях	6
Простые, в тяжелых условиях	9
Средние, с большим зрительным напряжением	12
Тяжелые или в особо неблагоприятных условиях	16
Особо тяжелые и неблагоприятные условия	20

                                            (7.22)

где m - число операций по I варианту, n - соответственно по II варианту. Затем рассчитывают критический размер партии N_кр:

                                        (7.23)

Если вариант ТП отличается большим уровнем автоматизации, ему соответствует большая величина подготовительно-заключительного времени ввиду сложности подготовки оборудования, и одновременно этому варианту соответствует меньшее суммарное штучное время.

Подготовительно-заключительное время рассчитывают как

ΣТ_п.з. = Т_п.з.см·С·Д_р                                                          (7.24)

где С - количество смен;

Д_р - количество рабочих дней на плановый период.

Подготовительно-заключительное сменное время Т_п.з. определяется инструкцией по эксплуатации и выражает готовность оборудования на начало ТП (табл. 7.6).

Таблица 7.6 - Укрупненные нормативы Т_п.з.см для технологического оснащения

Тип оборудованияТп.з.см, мин
Простая оснастка	1-5
Оснастка средней сложности	10-15
Сложная технологическая и регулировочная оснастка	15-30
Полуавтоматы	15-25
Сложное автоматическое оборудование	20-30
Микропроцессорное оборудование и управляемые роботы	30-40
Установки волновой пайки	50-60

Пользуясь данными таблицы 7.6 и формулами данного раздела определим оптимальный технологический процесс. Для первого варианта ТП имеем следующие показатели: ΣТ_оп1 = 14,5 мин, ΣТ_пз1 = 108 мин, Т_шт1 = 24,167 мин (коэффициенты К₁=1,5 для мелкосерийного производства; К₂=9,6 % для второго уровня сложности; К₃=9 % по таблице 7.5). Для второго ТП получили: ΣТ_оп2 = 69,7 мин, ΣТ_пз2 = 53 мин, Т_шт2 = 118,11 мин. По системе уравнений (7.21-7.22) имеем:

Т_шт.к.1 = 33,17                                  Т_шт.к2 = 122,53

По формуле 7.23 получим N_кр ~ 623 шт.

По выражению 7.17 для производительности процесса получим Q₁= 7112 и Q₂=1927 в штуках за плановый период.

Таким образом, выбираем оптимальным первый технологический процесс. Данный вариант ТП отличается большим уровнем автоматизации, ему соответствует большая величина подготовительно-заключительного времени ввиду сложности подготовки оборудования, и одновременно этому варианту соответствует меньшее суммарное штучное время.

Таблица 7.6 - Выбор оптимального варианта технологического процесса

№ опции	Последовательность	Первый вариант				Второй вариант
		Оборудование, оснастка	Топ, мин		Тпз, мин	Оборудование, оснастка	Топ, мин		Тпз, мин
005	Входной контроль деталей	Стол рабочий ОМ-1971, Пинцет ППМ 120 РД 107.290.600.034-89; линза 4-х ГОСТ 25076-83	1,3		5	Стол монтажника СМ-3-10-АС-1; Пинцет ППМ 120 РД 107.290.600.034-89; линза 4-х ГОСТ 25076-83	1,3		7,2
010	Комплектование	Стол рабочий ОМ-1971; Пинцет ППМ 120 РД 107.290.600.034-89	1,0		4	Стол монтажника СМ-3-10-АС-1; Пинцет ППМ 120 РД 107.290.600.034-89	1,0		4
015	Нанесение паяльной пасты	Полуавтомат TWS SR2550	2,0		5	Верстак 1-2-2 ОСТ4.ГО.660.006; трафарет; кисть КФХК № 2 ТУ 17-15-07-89; Чашка 98.99045-04	5,0		8
020	Установка SMD ИЭТ	Автомат М-60	0,8		5	Верстак 1-2-2 ОСТ4.ГО.660.006; Пинцет ПГТМ - 120 ОСТ4. 060.013; Стойка 3	30		-
025	Визуальный контроль	Стол рабочий ОМ-1971; Приспособление визуального контроля ГГ 63669/0,12; Пинцет ГОСТ 21241-89	2,0		3	Верстак 1-2-2 ОСТ4.ГО.660.006; Пинцет ПГТМ - 120 ОСТ4. 060.013;	10		-
030	ИК-пайка	ИК печь ERSA TT500A	1,0		50	Печь ИК - обработки Quattro Peak 3.5; вытяжной шкаф 2Ш-ИЖ;	3,0		6
035	Подготовительная	Стол рабочий ОМ-1971; Ручное приспособление для формовки и обрезки	1,0	20		Верстак 1-2-2 ОСТ4.ГО.660.006; Пинцет ПГТМ - 120 ОСТ4. 060.013; бокорез 92.7814-1351 ОСТ 92-1032-82; пинцет ППМ 120 РД 107.290.600.034-89;		5,0	10,8
040	Установка и пайка ЭРЭ	Пинцет ГОСТ 21241-89; Кусачки монтажные ГОСТ 24244-87; Паяльная станция Solomon SR-976.	2,4	5		Пинцет ГОСТ 21241-89; Кусачки монтажные ГОСТ 24244-87; Паяльная станция Solomon SR-976.		2,4	5
045	Очистка	УЗ установке m40dr FinnSonic	1,0	5		Ванна цеховая, щетка		3,0	-
050	Маркировка	Стол рабочий ОМ-1971; пресс ручной	1,0	5		Верстак 1-2-2 ОСТ4.ГО.060.006, Вытяжной шкаф 2Ш-ИЖ, Кисть КХФК N2 ТУ 17-15-07-89		1,0	5
055	Визуальный контроль	Стол рабочий ОМ-1971; Приспособление визуального контроля ГГ 63669/0,12; Пинцет ГОСТ 21241-89	2,0	3		Верстак 1-2-2 ОСТ4.ГО.060.006, Приспособление визуального контроля ГГ63669\012		2,0	5
060	Электрический контроль	Автоматизированный стенд	2,0	3		Верстак 1-2-2 ОСТ4.ГО.060.006, Источник питания БМ-500; Мультиметр		6,0	2
Итого:			14,5	108				69,7	53

8. Применение средств автоматизированного проектирования для разработки устройства

Система автоматизированного проектирования, САПР - автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования [22], представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности.

Основная цель создания САПР - повышение эффективности труда инженеров, включая:

–       сокращения трудоёмкости проектирования и планирования;

–       сокращения сроков проектирования;

–       сокращения себестоимости проектирования и изготовления, уменьшение затрат на эксплуатацию;

–       повышения качества и технико-экономического уровня результатов проектирования;

–       сокращения затрат на натурное моделирование и испытания.

Достижение целей создания САПР обеспечивается путем:

–       автоматизации оформления документации;

–       информационной поддержки и автоматизации принятия решений;

–       использования технологий параллельного проектирования;

–       унификации проектных решений и процессов проектирования;

–       повторного использования проектных решений, данных и наработок;

–       стратегического проектирования;

–       замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием;

–       повышения качества управления проектированием;

–       применения методов вариантного проектирования и оптимизации.

Для разработки прибора использовались следующие виды САПР:

система проектирования радиоэлектронной аппаратуры P-CAD;

система промышленного проектирования AutoCAD.

Система проектирования радиоэлектронной аппаратуры P-CAD на сегодняшний день является одной из самых мощных, полных и последовательных систем автоматизированного проектирования для персональных компьютеров. Изначально P-CAD представлял собой пакет специализированных модулей, тесно связанных друг с другом и охватывающих все этапы разработки и изготовления печатных плат. Начиная с версии P-CAD 2001, в состав пакета включен модуль схемотехнического моделирования электронных устройств, позволяющий проектировать аналоговые, логические и смешанные, аналого-цифровые устройства. Программные средства системы позволяют автоматизировать весь процесс проектирования электронных средств, начиная с ввода принципиальной схемы (ПС), ее моделирования, упаковки схемы на печатную плату (ПП), интерактивного размещения радиоэлектронных компонентов (РЭК) на ПП и автотрассировки соединений, вплоть до получения конструкторской документации и подготовки информации для производства плат на технологическом оборудовании.AutoCAD на сегодняшний день стал стандартом «де-факто» в промышленном двухмерном проектировании. Многие предприятия в разных странах обмениваются между собой чертежами в формате AutoCAD dwg. Основным достоинством AutoCAD является доступность для создания на его базе мощных специализированных расчетно-графических пакетов. Autodesk выпускает две основных линейки продуктов, предназначенных для строителей и архитекторов и машиностроителей. Все эти продукты используют AutoCAD как основу, поэтому пользователям, чувствующим себя уверенно в AutoCAD, не составит большого труда начать работать с любым из них.

Кроме того, ряд сторонних производителей ПО разрабатывают приложения к AutoCAD, предназначенные для решения узких задач.

9. Технико-экономическое обоснование проекта импульсного металодетектора

.1 Характеристика разрабатываемого импульсного металодетектора

В современном мире остро стоит проблема защиты человека от террористической угрозы. Известно, что одним из средств контроля проноса оружия и запрещенных предметов в места массового скопления людей и на охраняемые объекты являются металлодетекторы. Требования к металлодетекторам предусматривают не только необходимость своевременного безошибочного обнаружения несанкционированного вноса металлических и металлосодержащих предметов, но и мобильность и миниатюрность данного устройства для обеспечения, например, скрытого контроля, а также возможность интеграции обнаружителя со средствами ЭВМ для анализа и систематизации поступающей информации.

Импульсный металлодетектор - современное электронное устройство, которое используется для предотвращения несанкционированного проноса металлических предметов в охраняемое помещение. Анализ рынка свидетельствует о недостаточном предложении данной продукции отечественными производителями. Разрабатываемый прибор имеет ряд преимуществ перед существующими отечественными аналогами:

меньшие габариты;

меньшее энергопотребление, благодаря использованию современной элементной базы;

возможность перепрограммирования и отладки металлодетектора посредством подключения к компьютеру через USB;

возможность как автономной работы, так и комплексного анализа сигналов при подключении к ПК.

По сравнению с импортными аналогами разрабатываемый металлодетектор также обладает рядом преимуществ: возможностью отладки микроконтроллера через стандартный порт USB, что практически не используется в импортным металлодетекторах; большей степенью миниатюризации при сохранении необходимой функциональности; более низкой стоимостью, поскольку современная элементная база позволяет подобрать наиболее оптимальный вариант схемотехнического решения; выбранный принцип работы позволяет на базе одной схемы создать несколько вариантов конструкции.

.2 Расчет себестоимости и отпускной цены единицы продукции

Себестоимость продукции представляет собой сумму текущих затрат предприятия на её производство и реализацию. Расчет себестоимости устройства можно осуществить с помощью расчетно-аналитического метода. Его сущность сводится к тому, что прямые затраты на единицу продукции определяются путем нормативного расчета себестоимости проектируемого устройства по статьям калькуляции [23, 24].

Ниже приведены расчеты в соответствии с методикой, указанной в [23].

9.2.1 Расчёт затрат по статье «Сырьё и материалы за вычетом возвратных отходов»

Эта статья включает в себя затраты на основные материалы, расходуемые в нашем случае на изготовление печатного узла. Затраты на материалы рассчитывают по формуле

      (9.1)

где Ктр - коэффициент, учитывающий транспортно-заготовительные расходы при приобретении материалов;

Нpi - норма расхода i-го вида материала на единицу продукции (кг, м, л и пр.);

Ц_i - отпускная цена за единицу i-го вида материала, руб.;

О_вi - возвратные отходы i-го вида материала, руб.;

Ц_oi - цена за единицу отходов материала i-го вида, руб.;- номенклатура применяемых материалов.

Цена приобретения материалов определяется по текущим справочным материалам на момент выполнения дипломного проекта: данным договоров, ценам бирж, информационным бюллетеням и прочим справочным данным. Коэффициент транспортно-заготовительных расходов принят 1,15.

О возвратных отходах в данном расчете можно говорить только касательно стеклотекстолита. По причине их небольшого количества, величиной возвратных отходов для стелотекстолита можно пренебречь. Расчет затрат по статье «Сырье и материалы за вычетом возвратных доходов» представлен в таблице 9.1.

Таблица 9.1 - Затраты по статье «Сырьё и материалы за вычетом возвратных отходов»

Наименование Материалов	Марка или типоразмер ГОСТ, ТУ	Ед. измер	Норма расхода	Оптовая цена за единицу, руб.	Сумма, руб.
Стеклотекстолит	СФ-2-35-1,5 ГОСТ 10316-78	Кг	0,130	36220	4708
Припой	ПОС-61 ГОСТ 21930-76	Кг	0,060	54492	3270
Флюс	ФКС Н0064-63	Кг	0,020	16000	320
Лак	ЭП-730 ГОСТ 20824-75.9.3	Л	0,090	26398	2375
Спирт	Марки А ГОСТ 19299-71	л	0,090	4000	360
Итого:					11033
Итого с учётом транспортно-заготовительных расходов (Ктр=1,15):					12688

Расчет затрат по статье «Покупные комплектующие
изделия, полуфабрикаты и услуги производственного
характера»

В эту статью включаются затраты на приобретение необходимых для производства продукции готовых покупных комплектующих изделий (радиоэлементы, микросхемы и пр.) и полуфабрикатов, подвергающихся дополнительной обработке на данном предприятии.

Расчет затрат по этой статье производим по формуле

,  (9.2)

где D_kj - количество покупных комплектующих изделий или полуфабрикатов j-го вида на единицу продукции, шт.;

где Ц_j - отпускная цена j-го вида покупных комплектующих изделий или полуфабрикатов, руб.;

где m - номенклатура применяемых покупных комплектующих изделий или полуфабрикатов;

где K_mp - коэффициент, учитывающий транспортно-заготовительные

расходы.

Расчеты затрат по этой статье приведены в таблице 9.2 [23].

Таблица 9.2 - Затраты по статье «Покупные комплектующие изделия, полуфабрикаты и услуги производственного характера»

Наименование	Количество	Цена за единицу, руб.	Сумма, руб.
Конденсаторы серии GRM 2165С1Р1ROC (производство Murata)	18	2400	43200
Микросхема NE5532	2	4200	8400
Микросхема IR2101	2	3800	7600
Микросхема CD4051	1	4620	4620		1	5240	5240
Микросхема КР 142 ЕН 5Б	1	3250	3250
Микросхема Atmega-16 PI	1	10760	10760
Микросхема FT4323H	1	3920	3920
Излучатель звука S-424HDT (производство Knight bird)	1	12600	12600
Светодиод L-424HDT	1	2100	2100
Резисторы Чип-SMD серии 0603 0,063 МВТ (производство Murata)	24	1260	30240
Тумблер KLS-MS-102-A2	1	1500	1500
Диод BAS 16 JU/A6	8	2320	18560
Транзистор КП 723В	5	1680	8400
Разьём MF2-MA	2	5960	11920
Разьём PLS-6	1	4130	4130
Резонатор РК 200 Э - 11,0592 МГЦ	1	6700	6700
Аккумуляторная батарея Siemens	1	15900	15900
Корпус	1	21000	21000
Винт М3*6	4	120	480
ИТОГО:			220520
Транспортно-заготовительные расходы (принимаем 1,15 от суммы затрат на материалы)			253560

Расчет затрат по статье «Основная заработная плата производственныx рабочих»

Эта статья включает в себя основную заработную плату, как производственных рабочих, так и ИТР, и других категорий работников за работу, непосредственно связанную с изготовлением продукции.

Затраты на оплату труда основных производственных рабочих рассчитываем по формуле

     (9.3)

где К_пр - коэффициент премий, установленный за выполнение определённых показателей, Кпр=1,25;

n - количество видов работ;_ci - часовые тарифные ставки соответствующего разряда, руб./час;

t_i - норма времени (трудоемкость) по данному виду работ, час.

Часовые тарифные ставки для соответствующего разряда, руб./час, вычисляем по формуле

T_ci = T_cІ · К_т                                                                      (9.4)

где T_cІ - часовая тарифная ставка I разряда, руб./час; е К_т - тарифный коэффициент для соответствующего разряда (определяется по тарифной сетке РБ).

Для II разряда работ часовая тарифная ставка составит

Т_ч2= 701 · 2,862=2006,2 (руб./час).

Часовая тарифная ставка I разряда рассчитана исходя из месячной часовой тарифной ставки 118000 руб., 40-часовой рабочей недели и фонда рабочего времени одного рабочего 2020 часов за год. Часовую тарифную ставку первого разряда определяем по формуле (9.2.3.3).

  (9.5)

где Т_С1 - месячная тарифная ставка первого разряда, руб. (принимаем равной 118000 руб.); Ч_М - число рабочих часов в месяце, ч.

Таким образом получаем

Для работ V разряда (пайка) в данном расчете добавляем 10 % к тарифной ставке, поскольку данный вид работ может быть отнесен к вредным. Результаты расчета приведены в таблице 9.3.

Таблица 9.3 - Расчет основной заработной платы рабочих

Виды работ (операции)	Разряд работ	Часовая тарифная ставка руб./ч	Норма времени по операции, н-ч	Основная зарплата (расценка), руб.
1. Подготовительная операция	II	5127	0,9	4615
2. Установка элементов на печатную плату	IV	5223	0,25	1306
3. Пайка	V	5016	0,3	1505
4. Контроль печатной платы	III	5213	0,1	522
5. Сборка	III	5213	0,15	782
6. Контроль	VI	5078	0,05	254
7. Маркировка	III	5213	0,05	261
8. Упаковка	III	5213	0,07	365
Итого:				9610
Всего с премией (Кпр=1,25):				12013

Расчёт затрат по статье «Дополнительная заработная
плата основных производственных рабочих»

Формула для расчёта затрат по данной статье имеет следующий вид:

, (9.6)

где H_Д - процент дополнительной заработной платы производственных рабочих, равный 20 %.

Тогда дополнительная заработная плата производственных рабочих будет равна

З_д =12013 · 0,2 = 2402 руб.

Расчёт затрат по статье «Отчисления в фонд социальной
защиты населения»

Согласно действующему законодательству ставка отчислений составяет 34 %, тогда затраты по этой статье составят

Р_соц =(12013 + 2402) · 0,34 = 4901 руб. (9.7)

Расчёт обязательного страхования от несчастных случаев

Обязательное страхование в соответствии с действующим законодательством составит

Р_ЕН = (12013 + 2402) · 0,003 = 44 руб. (9.8)

Расчет остальных статей себестоимости и отпускной цены единицы продукции представлен в таблице 9.4.

Таблица 9.4 - Расчёт себестоимости и отпускной цены единицы продукции

Наименование статей затрат	Условное обозначение	Значение, руб.	Примечание
1. Сырьё и материалы за вычетом отходов	РМ	12866	См. табл. 9.1
2. Покупные комплектующие изделия, полуфабрикаты	РК	253560	См. табл. 9.2
3. Основная заработная плата производственных рабочих	З0	12013	См. табл. 9.3

4. Дополнительная заработная плата производственных рабочих  З_Д                  2402     

Нд = 20 %.

Зд = 12013∙0,2 = 2402
5. Отчисления в фонд социальной защиты	РСОЦ	5380	Рсоц = (Зо+Зд)∙0,34 = (12013 + 2402) =5380

6. Обязательное страхование (от несчастных случаев на производстве)       Р_ЕН               44           (12013 + 2402) ∙ 0,003 = 44

НЕН = 0,3 %.

7. Износ инструментов и приспособлений целевого назначения       Р_ИЗ               1202      = 1202

Низ = 10 %.

8. Общепроизводственные расходы             Р_ОБП            12623    13187∙1,8 = 21623

Нобп = 180 %.

9. Общехозяйственные расходы    Р_ОБХ            24026     12013∙2 = 24026

Нобх = 200 %.

10. Прочие производственные расходы      Р_ПР               241         12013∙0,02 = 241

Нпр = 2 %
Производственная себестоимость	СПР	324357	СПР=РМ+РК+ЗО+ЗД+РСОЦ+РЕН+РИЗ++РОБП++РОБХ+РПР

11. Расходы на реализацию            Р_КОМ           9731     

Нком = 3 %.
Полная себестоимость	СП	334088	СП=СПР+РКОМ Сп = 324357+9731=334088

12. Плановая прибыль на единицу продукции         П_ЕД              83522    334088∙0,25 = 83522

Ре = 25 %.
Оптовая цена предприятия	ЦПР	417610	ЦОПТ=СП+ПЕД Цопт = 334088+83522 = 417610

14. Налог на добавленную стоимость (20 % от Цпр)             Н_дс               83522    417610*0,2 =83522

Ндс = 20 %
Отпускная (свободная) цена	ЦОТП	501132	ЦОТП=Цпр+ Ндс Цотп = 417610+83522 =501132

Таким образом, по результатам расчётов отпускная цена на проектируемый импульсный металлодетектор составит 501132 рублей, что дешевле существующих на данный момент аналогов приблизительно на 40 %.

Заключение

Задачей для дипломного проектирования являлось предложение по созданию усовершенствованного варианта металлодетектора на базе существующих аналогичных устройств. Выявленные в процессе литературно-патентного поиска аналоги имеют схожие с разрабатываемым устройством схемотехническое решение, близкие технические характеристики, однако, предполагают, зачастую, иную область применения (поисковые земляные работы, рудная разведка, использование в пищевой промышленности); в настоящее время имеется доступ к широкой номенклатуре подобных приборов, однако, некоторые их характеристики нуждаются в доработке или усовершенствовании, поскольку разрабатываемое устройство предполагается применять с целью защиты хозяйственных объектов от несанкционированного проноса металлических и металлосодержащих предметов, а также людей в местах массового скопления от террористической угрозы и возможных последствий неосторожного обращения с холодным оружием.

На основании анализа специфики физических явлений, лежащих в основе работы проектируемого устройства, был выбран вариант принципа реализации металлодетектора и подобрана соответствующая схема электрическая принципиальная. В ходе работы на основании имеющейся схемы электрической функциональной и составленной схемы электрической структурной устройства дополнена схема электрическая принципиальная, произведен расчет функциональных узлов схемы, показывающий сохранение обнаружительных способностей проектируемого детектора при сравнительно небольших мощностях работы; предложены конструкции генераторных рамок. В ходе подбора элементной базы предпочтение было отдано элементам поверхностного монтажа, что позволило сделать устройство более легким, менее габаритным и энергоемким, что подтверждается расчетными данными.

Проведенный в процессе дипломного проектирования экономический расчет стоимости производства устройства показал, что проектируемый металлодетектор имеет более низкую, по сравнению с имеющимися на рынке республики предложениями, стоимость при сходных характеристиках. Также сформированы основные требования по обеспечению безопасности при эксплуатации и наладке работающего устройства.

Проектируемый металлодетектор в соответствующем конструктивном исполнении может использоваться в качестве досмотровой техники при организации как стационарного так и стихийного охраняемого рубежа.

Реализация связи с компьютером посредством интерфейса USB с возможностью эмуляции интерфейса JTAG позволяет не только обеспечить мобильный анализ сигналов, поступающих с выхода микроконтроллера с помощью соответствующего ПО, но и реализовывать перепрограммирование и отладку работы микроконтроллера без извлечения последнего из готового устройства.

В разрабатываемом металлодетекторе предложено использовать элементы для поверхностного монтажа - это позволит сделать устройство миниатюрным, более надежным, менее энергоемким, что необходимо для увеличения времени работы его от автономного источника питания. Отсутствие жестких требований взаимного расположения приемной рамки относительно генераторной позволит предусмотреть различные конструктивные исполнения, благодаря чему металлодетектор можно будет использовать для скрытого контроля.

Таким образом, проектируемый металлодетектор является полностью функциональным устройством, сочетающим в себе оптимальные характеристики и невысокую стоимость, что позволит использовать устройство в реально существующих охранных системах.

Список использованных источников

[1] Щедрин, А.И. Металлоискатели для поиска кладов и реликвий / А.И. Щедрин, И.Н. Осипов. - М.: «Радио и связь», 2000 - 192 с.

[2] Щедрин, А.И. Новые металлоискатели для поиска кладов и реликвий / А.И. Щедрин. - М.:» Горячая линия - Телеком», 2003. -173 с.

[3] Бэрк, Г.Ю. Справочное пособие по магнитным явлениям: Пер. с англ. / Г.Ю. Бэрк - М.: Энергоатомиздат, 1991. -384 с.

[4] Касаткин, А.С. Электротехника: Учеб. пособие для вузов. / А.С. Касаткин, М.В. Немцов. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 440 с.

[5] Хоровиц, П. Искусство схемотехники: Пер. с англ. -

Изд. 6 - е. / П. Хоровиц, У. Хилл - М.: Мир, 2003. - 704 с., ил.

[6] Калашников С.Г., Электричество: Учебное пособие. / С.Г. Калашников - М.: Наука, - 576 c., ил.

[7] Однокристальные 8 - разрядные FLASH CMOS микроконтроллеры компании Atmel / Документация фирмы-производителя [электронный ресурс] 2008: - Режим доступа http://www.atmel.ru

[8] Fairchild Semiconductor CD4051: Single 8 - chanel Analog Multiplexer/Demultiplexer / Документация фирмы-производителя [электронный ресурс] 2008 - Режим доступа: http://www.fairchildsemi.com

[9] Texas Instruments NE5532: Dual Low Noise Op Amps Atmel / Документация фирмы-производителя [электронный ресурс] 2008 - Режим доступа: http://www.ti.com

[10] Data Sheet No. PD -6.043C, IR2101 High And Low Side Driver / Документация фирмы-производителя [электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.irf.com

[11] Роткоп, Н.В. Обеспечение тепловых режимов при конструировании РЭА. / Н.В. Роткоп, Ю.Е. Спокойный - М.: Сов. радио, 1976. - 249 с.

[12] Агуров, П.В. Последовательные интерфейсы ПК. Практика программирования. / П.В. Агуров - СПб.: БХВ - Петербург, 2004. - 496 с.

[13] Ан, П. Сопряжение ПК с внешними устройствами: Пер. с англ. / П. Ан - М.: ДМК Пресс, 2001. - 320 с.: ил.

[14] Металлодетекторы Колоколова и Щедрина [электронный ресурс] Режим доступа: http://www.metdet.ru

[15] Просвещение и познание [электронный ресурс] / Режим доступа: http://noterror.ru

[16] О выборе активной элементной базы [электронный ресурс] / Под ред. А.И. Вершина. - 2010. Режим доступа: http://www.atomlink.ru/st2.html

[17] P. Jaguiro, P. Katsuba, S. Lazarouk, A. Smirnov Porous Silicon Avalanche LEDs and their Applications in Optoelectronics and Information Displays // Acta Physica Polonica, 2007. Vol. 112. P.1037-1042.

[18] Кечиев Л.Н. Проектирование печатных плат для цифровой быстродействующей аппаратуры / Л.Н. Кечиев - М.: Наука, 2004. - 616 с.: ил.

[19] Бабаков М.Ф. Теоретические основы конструирования технологии и надежности электронных средств / М.Ф. Бабаков, А.В. Попов - Харьков: ХАИ, 2000. - 167 с.

[20] Селиванова, З.М. Технология радиоэлектронных средств / З.М. Селиванова // Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2010. - 72 с.

[21] Ланин, В.Л. Технология РЭУ и автоматизация производства, конструирование и технология электронно-оптической аппаратуры, технология средств медицинской электроники / В.Л. Ланин // - Мн.: БГУИР 2001. - 56 с. ил.

[22] Стешенко В.Б. P - CAD. Технология проектирования печатных плат. - СПб.: БХВ - Петербург, 2003. - 720 с.: ил.

[23] Методическое пособие по технико-экономическому обоснованию инвестиционных проектов / Сост. А.А. Носенко, А.В. Грицай. - Мн.: БГУИР, 2002.

[24] Ipland.by - информационный портал для предпринимателей [электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.ipland.by/

[25] СНБ 2.04.05-98. Естественное и искусственное освещение.

[26] Матусевич, С.В. Промышленное освещение / Матусевич, С.В. // Могилев: БРУ, 2009. - 33 с.

[27] Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю.Б. Айзенберга. // М.: Энергоатомиздам, 1983. - 472 с.

[28] LightingNewsInfo [Электронный ресурс] / 2005 - Режим доступа: http://lightingnews.info/raschet1.html.