n общая трудоёмкость...........................................24 чел.-мес.
n цена НТП...............................................................35145 руб.
Затраты по этой теме целесообразны, так как результаты этой работы могут быть использованы как для дальнейших научно-технических работ исследовательского характера, так и для разработки и конструирования устройств рассмотренного типа, обладающих более совершенными точностными и технико-эксплуата-ционными характеристиками. Использование таких устройств позволит в будущем снизить их себестоимость засчёт совершенствования элементной базы, а при массовом производстве засчёт постепенного вытеснения более дорогостоящих приборов этого типа.
Результаты расчета сметной калькуляции представлены в табл.4.2.
Ленточный график работ
5. Безопасность жизнедеятельности
и охрана труда
Дипломная работа посвящена анализу погрешностей волоконно-оптического гироскопа. В ходе ее выполнения были проведены необходимые расчеты и сделаны выводы, которые могут послужить материалом для дальнейших исследований в этой области. При разработке алгоритмов анализа и математическом моделировании описываемых процессов использовался персональный компьютер IBM с процессором Pentium, а также ряд дополнительного оборудования (принтер, модем и т.д.)
Вся пояснительная записка также оформлялась в электронном виде. В связи с этим раздел безопасности жизнедеятельности целесообразно рассмотреть с учетом ГОСТ 12.4.113-82, а также "СНиП для работников ВЦ".
Так как работа на персональных ЭВМ предполагалась в учебной лаборатории, то основные требования к условиям работы соответствуют «Гигиеническим требованиям к видедисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы в ВЦ»
Используемые программные продукты:
n Microsoft Word 7.0
n МathCad 6.0+
Нормальная работа человека-оператора во многом зависит от того, в какой мере условия его работы соответствуют оптимальным. При этом под условиями работы подразумевается комплекс различных факторов, установленных стандартами по безопасности труда.
5.1. Организация рабочих мест
Организацию рабочих мест необходимо осуществлять на основе современных эргономических требований. Конструкция рабочей мебели (столы, кресла и стулья) должна обеспечивать возможность индивидуальной регулировки соответственно росту работающего и создавать удобную позу. Часто используемые предметы и органы управления должны находится в оптимальной рабочей зоне.
Рабочее место для выполнения работ в положении сидя должно соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.032-88, ГОСТ 22269-88, ГОСТ 21829-88 и требованиям технической эстетики. Рабочие места должны располагаться между собой на расстоянии не менее 1,2 м, рабочий стол должен регулироваться по высоте в пределах 680-760 мм, высота поверхности сиденья должна регулироваться в пределах 400-500 мм.
5.2. Температура, влажность, давление
Системы вентиляции и отопления в лабораторном помещении должны обеспечивать параметры микроклимата в соответствии с требованием ГОСТ 12.1.005-88, а также в соответствии с главой СНиП 2-33-75 "Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха".
n температура: 20 - 2°С;
n влажность: 50 - 10%;
n давление: нормальное по ГОСТ 12.1.005-88.
Для поддержания заданных значений температуры и влажности в лабораторных помещениях применяют кондиционирование и вентиляцию. Кондиционирование воздуха должно обеспечивать автоматическое поддержание параметров микроклимата в необходимых пределах в течении всех сезонов года, очистку воздуха от пыли и вредных веществ, создание небольшого избыточного давления в чистых помещениях для исключения поступления неочищенного воздуха. Рекомендуемая интенсивность вентиляции для помещений с ЭВМ составляет 0,5-1 куб. м. свежего воздуха в минуту на каждый квадратный метр пола.
5.3. Требования к освещению
Освещение в помещении должно быть смешанным (естественным и искусственным). Освещенность поверхности рабочего стола должна находиться в пределах 300-500 лк, а общая освещенность должна быть не менее 400 лк. Освещенность экрана ( в плоскости экрана) 200 лк (СНиП 2.2.2.542-96).
Естественное освещение в помещении должно осуществляться в виде бокового освещения. Величина коэффициента естественной освещенности (к.е.о.) должна соответствовать нормативным уровням по СНиП 2-4-79 "Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования".
Искусственное освещение в помещении следует осуществлять в виде комбинированной системы освещения с использованием люминесцентных источников света в светильниках общего освещения. Уровни искусственной освещенности на рабочих местах в помещении должны соответствовать нормативным величинам по СНиП 14-4-79.
В помещении должно быть предусмотрено аварийное освещение для продолжения работы и других целей.
Осветительные установки должны обеспечивать равномерную освещенность с помощью преимущественно отраженного или рассеянного светораспределения, они не должны создавать слепящих бликов на клавиатуре и других частях пульта, а также на экране видеотерминала в направлении глаз оператора.
Источники света по отношению к рабочему месту следует располагать таким образом, чтобы исключить попадание в глаза прямого света.
Пульсация освещенности используемых ламп не должна превышать 10%.При естественном освещении следует применять средства солнцезащиты, снижающие перепады яркости между естественным светом и свечением экрана.
В поле зрения оператора должно быть обеспечено соответствующее распределение яркости. Отношение яркости экрана к яркости отражающей поверхности не должно превышать в рабочей зоне 3:1.
5.4. Требования к уровням шума и вибрации
Допустимые уровни звукового давления, уровня звука и эквивалентные уровни звука на рабочих местах должны соответствовать требованиям "Санитарных норм допустимых уровней шума на рабочих местах" (СН 3223-85) и не должны превышать предельно допустимых величин.
Уровни звука и эквивалентные уровни звука в лабораторных помещениях определены в ГОСТ 12.1.003-83 и составляют:
n там, где работают математики-програмисты и операторы видео-дисплейных терминалов, не должны превышать 50 дБА;
n в помещениях, где работают инженерно-технические работники - 60 дБА.
5.5. Требования к защите от статического
электричества и излучений
Для предотвращения образования влаги и защиты от статического электричества в помещении необходимо использовать нейтрализаторы и увлажнители, а полы должны иметь антистатическое покрытие. Допустимые уровни напряженности электростатических полей не должны превышать 20 кВ в течении 1 часа (ГОСТ 12.1.045-84).
Напряженность электромагнитного поля:
n по электрической составляющей: < 50 В/м;
n по магнитной составляющей: < 5 А/м.
Устройства визуального отображения генерируют несколько типов излучений, в том числе рентгеновское, радиочастотное, видимое и ультрафиолетовое, однако уровни этих излучений достаточно низки и не превышают действующих норм.
n для ультрафиолетового излучения: <10 Вт/м;
n для рентгеновского: <100 мкР/ч.
В компьютерных классах необходимо контролировать уровень аэроионизации. Оптимальным уровнем аэроионизации в зоне дыхания работающего считается содержание легких аэроионов обоих знаков от 150 до 5000 в 1 куб.м. воздуха.
5.6. Требования к видеотерминальному устройству
В соответствии с нормами для работников ВЦ (СниП 2.2.2.542-96) видеотерминальное устройство должно отвечать следующим техническим требованиям:
n Яркость свечения экрана- не менее 100 кд/м¤;
n Минимальный размер светящейся точки- не более 0,31 мм;
n .Контрастность изображения знака- не менее 0,8;
n Частота регенерации изображения при работе с позитивным контрастом в режиме обработки текста- не менее 72 Гц;
n Низкочастотное дрожание изображения в диапазоне 0,05-1 Гц должно находиться в пределах 0,1 мм;
n Экран должен иметь антибликерное покрытие;
n Размер экрана по диагонали должен быть не менее 31 см, при этом расстояние от глаз до экрана должно быть в пределах 40*80 см.
n Количество точек в строке - не менее 640;
n Использование в виде отдельного устройства с возможностью перемещения;
n Опорное приспособление клавиатуры, позволяющее регулировать наклон в горизонтальной плоскости в пределах 5-15 град;
n Высота среднего ряда клавиш не более 30мм;
n Выделение групп клавиш цветом, размером, формой;
n Минимальный размер клавиш 13 мм, а оптимальный 15 мм;
n Расстояние между клавишами не менее 3 мм;
n Одинаковый ход клавиш с сопротивлением 0,25Н-1,5Н;
n Звуковая обратная связь;
n Яркость бликов монитора не должна превышать 40 кд/кв.м
Неиспользуемое рентгеновское излучение, а также излучения в ультрафиолетовом, инфракрасном и радиочастотном диапазонах должны соответствовать гигиеническим нормам (ГОСТ 12.2.003-74, ГОСТ 12.3.002-75, ГОСТ 12.1.006- 84).
Для защиты глаз от экранного излучения рекомендуется использовать защитные экранные сетки. Видеомонитор должен быть оборудован поворотной площадкой, позволяющей перемещать дисплей в горизонтальной и вертикальной плоскостях в пределах 130*200 мм и изменять угол наклона на 10*15°. Клавиатура не должна быть жестко связана с монитором.
5.7. Электробезопасность
Питание лабораторного электрооборудования должно осуществляться от сети не более 380 В при частоте 50 Гц. Сопротивление изоляции токоведущих частей электроустановок до первого автомата максимальной токовой защиты должно быть не менее 0,5 МОм.
Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала и нормальной работы ЭВМ в электрических установках 380/220 В предусматривается защитное заземление. Защитному заземлению подлежат металлические конструкции, которые могут оказаться под напряжением. В качестве сети заземления внутри зданий используются стальные трубы, электропроводка, нулевые провода силовой и осветительной сети.
5.8. Пожарная безопасность
Помещение для проведения лабораторных работ по пожарной опасности относится к категории Д, и должно удовлетворять требованиям по предотвращению и тушению пожара по ГОСТ 12.1.004-85. Обязательно наличие телефонной связи и пожарной сигнализации.
Материалы, применяемые для ограждающих конструкций и отделки рабочих помещений, должны быть огнестойкими. Для предотвращения возгорания в зоне расположения ЭВМ обычных горючих материалов (бумага) и электрооборудования, необходимо принять следующие меры:
n в лаборатории должны быть размещены углекислотные огнетушители типа ОУ-2, ОУ-5, ОУ-8;
n в качестве вспомогательного средства тушения пожара могут использоваться гидрант или устройства с гибкими шлангами;
n в некоторых случаях, если этого требуют местные строительные инструкции, в помещениях лаборатории устанавливается спринклерная система;
n для непрерывного контроля помещения лаборатории и зоны хранения носителей информации необходима система обнаружения пожаров. Для этого можно использовать комбинированные извещатели типа КИ-1.
Система должна быть сконструирована так, чтобы обеспечить отключение систем питания и кондиционирования воздуха. В сочетании с системой обнаружения следует использовать систему звуковой сигнализации.
Меры пожарной безопасности определены в ГОСТ 12.1.004-85.
Студенты допускаются к выполнению работ только после прохождения инструктажа по безопасности труда и пожарной безопасности в лаборатории в целом и на каждом рабочем месте.
5.9. Предполагаемые меры защиты
В связи с тем, что основным источником вредных воздействий является монитор видеотерминального устройства, основное внимание должно быть уделено ему.
Исходя из этого можно выделить два основных направления:
n Использование монитора удовлетворяющего санитарным нормам.
n Оснащение монитора защитным фильтром.
При покупке монитора необходимо отдавать предпочтение мониторам, соответствующим международному стандарту MPR-II. Так-же следует обращать внимание на маркировку монитора NI (без чередования строк) и LR (низкая радиация), такие мониторы наименее опасны для здоровья и не требуют защитного фильтра.
6. Экология и охрана окружающей среды.
В настоящее время очень важными являются исследования, которые прямым или косвенным образом могут повлиять на экологическую обстановку, позволят улучшить технологические параметры приборов и механизмов, в производственном процессе изготовления которых используются вредные химические вещества и материалы.
В данной дипломной работе были проведены исследования погрешностей волоконно-оптических гироскопов (ВОГ) и предложен ряд схемотехнических методов улучшения их точностных и технологических характеристик. В настоящее время эти оптико-электронные приборы находят широкое применение в различных областях благодаря их потенциальным возможностям использования в качестве чувствительных элементов вращения в инерциальных системах навигации, управления и стабилизации.
Применение в авиации и космонавтике более качественных и точных приборов несомненно благоприятно отразится на экологической обстановке окружающей среды. С созданием автоматизированных систем посадки и управления летательными аппаратами нового поколения снизиться процент аварий вызванных сбоями в аппаратуре старого образца. В частности, волоконно-оптические гироскопы могут полностью вытеснить сложные и дорогостоящие электромеханические (роторные) гироскопы и трёхосные гиростабилизированные платформы, которые помимо вредного воздействия на окружающую среду ( использование смазочных материалов подвижных частей, высокие электромагнитные поля, вредное производство) имеют гораздо низкий срок службы, а следовательно более высокие требования к их утилизации.
Использование новейших технических разработок позволит значительно повысить качество выпускаемых приборов и тем самым снизить требования по экологическому контролю за производством и эксплуатацией устройств, обладающих свойствами уникальными по сравнению с используемыми ранее.
Малые габариты и масса конструкций приборов, анализируемых в дипломной работе позволят заметно снизить нагрузку на механическую часть летательных аппаратов, что даст возможность использовать освободившиеся ресурсы для аппаратуры экологического мониторинга.
Вопросы, рассмотренные в главе 2 позволяют сделать вывод о невысокой стоимости производства и конструирования гироскопов при массовом изготовлении, относительной простоте и пониженной вредности технологии. Важное значение имеет низкое потребление энергии при использовании волоконно-оптических устройств и полупроводниковых приборов, входящих в состав ВОГ, так как получение дополнительной энергии на борту всегда связано с использованием генераторных устройств, обладающих низкими экологическими характеристиками. Применение горюче-смазочных материалов повышает вероятность возникновения аварийных пожарных ситуаций и как следствие этого экологических катастроф.
Использование ВОГ заметно снижает требования предъявляемые к утилизации отработавших свой срок механизмов, так как при производстве этих приборов используется значительно меньшее количество вредных веществ и материалов. Продолжительный срок работы и высокие ремонтные качества ВОГ также могут благоприятно сказаться на их использовании, так как использование ненадёжных механических приборов негативно влияет на экологическую обстановку.
Сделанные в работе выводы позволят продолжить исследования в области повышения как технических, так и производственно-эксплуатационных характеристик приборов что несомненно благоприятно скажется на увеличении срока службы, снижении стоимости и улучшении экологической обстановки, связанной с их работой.
Заключение
В ходе выполнения дипломной работы проведен анализ работы ВОГ, обобщенной модели шумов и нестабильностей произведена оценка предельной (потенциальной) чувствительности прибора. На основе свойства взаимности рассмотрена минимальная конфигурация ВОГ. Оценено современное состояние элементной базы. При этом значительное внимание уделено свойствам волоконных световодов и проведен анализ возможных неоднородностей и потерь для различных типов волокон. Рассмотрены основные элементы ВОГ: волоконный контур, излучатели и фотодетекторы, а также предложены способы компенсации шумов и нестабильностей ВОГ .
Отражены технико-экономические аспекты работы, вопросы безопасности жизнедеятельности при проведении исследований, а также проблемы экологической безопасности при использовании прибора.
На основании анализа проведенного в дипломной работе можно выделить два направления совершенствования ВОГ. Первое направление связано с улучшением параметров и характеристик существующих элементов BOГ и с созданием новых элементов, т. е. с развитием и освоением новой технологии изготовления элементов. Второе направление состоит в разработке методов и устройств исключения или компенсации различного рода шумов и нестабильностей прибора, в разработке новых схемотехнических вариантов ВОГ, что в конечном счете приведет к увеличению точности измерения угловой скорости. Оба направления тесно взаимосвязаны.
Совершенствование элементов ВОГ во многом, по-видимому, должно зависеть от перехода в диапазон 1,2.. ...1,3 мкм. Этот переход потребует создания и массового производства одномодового волокна и волокна, сохраняющего поляризацию, с малыми потерями (около 0,1 дБ/км).
Проектирование датчиков может быть существенно упрощено, если вместо обычного одномодового волокна будет использовано волокно, сохраняющее поляризацию. Однако такое волокно с требуемой эффективностью еще пока находится в экспериментальной стадии; требуется дальнейшее улучшение его качества и уменьшение стоимости. Задача промышленности состоит в создании волокна, сохраняющего поляризацию, с малыми потерями и стоимостью не намного более обычного одномодового волокна.
Переход в длинноволновый диапазон, давая выигрыш в потерях, потребует увеличения физической длины контура с тем, чтобы сохранить требуемую чувствительность. Одним из преимуществ перехода к длинным волнам является увеличение сердечника волокна, что облегчает соединение излучателя с волокном, волокна с волокном, волокна с интегрально-оптическими схемами. Кроме этого, может встать проблема выбора излучателей и фотоприемников длинноволнового диапазона. Фотоприемники диапазона 1,2... 1,6 мкм, главным образом на основе InGaAsP, менее чувствительны, чем кремниевые фотоприемники диапазона 0,85 мкм. Длинноволновые диоды много дороже, чем диоды на 0,85 мкм. Таким образом, компоненты длинноволнового диапазона следует использовать в датчиках скорости вращения высокой эффективности (точности).
При выборе излучателя для датчика скорости вращения наряду с длиной волны важным является также ширина спектра излучения.
Одной из характерных особенностей излучателей ВОГ является та, что излучатель должен инжектировать в одномодовый волоконный световод достаточную оптическую мощность, примерно около 100 или более микроватт.
Это условие наталкивается на необходимость надлежащей фокусировки света от большинства лазеров, генерирующих преимущественно на одной поперечной моде. Излучение полупроводникового диодного лазера генерирующего на одной поперечной моде, нелегко ввести в световод, поскольку излучение имеет эллиптическое поперечное распределение с аберрациями. Если волокно соединяется встык с выходной гранью лазера, то коэффициент связи составляет от 10 до 20%; с помощью линз коэффициент связи можно увеличить до 50%. Для суперлюминесцентных диодов коэффициент связи несколько меньше.
Другое ограничение, налагаемое на источник излучения в ВОГ, определяется шумом обратного рэлеевского рассеяния света в волокне. Этот шум в основном может быт уменьшен за счет уменьшения длины когерентности излучения светового источника. Для получения хорошей точности ВОГ длина когерентности излучения должна составлять около 1 см. Некоторые диодные источники имеют длину когерентности менее 1 мм, и поэтом без всяких модификаций могут применяться в ВОГ.
Учитывая сказанное предпочтительно использование суперлюминесцентных диодов.
Отсутствие достаточного количества выпускаемых промышленностью соединителей одномодового волокна является серьезной помехой развитии интерферометрических датчиков.
Оптические соединители для волокна, сохраняющего поляризацию еще находятся в стадии разработки.
Для сборки соединителей и сборки других волоконных компонент в подсистемы волоконных датчиков эффективно широко использование технологического процесса сращивания концов волокна плавлением.
В зависимости от конструктивных особенностей ВОГ, изготовление последнего может потребовать следующих элементов: пространственных и поляризационных фильтров, вращателей поляризации или «выравнивателей» поляризации, фазосдвигающих ячеек (ячеек смещения), частотных и фазовых модуляторов, переключателей и других элементов. Применение волокна, сохраняющею поляризацию, способствует значительным упрощениям. Применение интегрально-оптических схем также может содействовать решению проблемы элементной базы.
Кроме упомянутых в дипломной работе дестабилизирующих факторов, действующих на ВОГ, необходимо изучение еще ряда источников ошибок прибора, вносящих, однако, меньший вклад в суммарную погрешность ВОГ. К ним относятся рассеяние Ми, рассеяние Бриллюэна, спонтанные шумы, дробовые и тепловые шумы, амплитудные шумы источника излучения и др.
Изучение физической природы этих шумов и нестабильностей позволит разработать устройства, компенсирующие их влияние на точность прибора.
Проводимые работы по созданию ВОГ должны носить исследовательский и конструкторский характер:
а) изучаться источники погрешностей и нестабильностей в ВОГ;
б) анализироваться схемотехнические решения и экспериментально проверяться конструкторские варианты ВОГ, позволяющие добиться требуемой точности;
в) продолжать поиск материалов и элементов, позволяющих реализовать оптимальную структуру ВОГ.
Можно предположить, что результаты анализа проведенного в данной дипломной работе послужат материалом для дальнейшей исследовательской и конструкторской работы, направленной на улучшение характеристик волоконно-оптических гироскопов.
Литература
1. Шереметьев А.Г. Волоконно-оптический гироскоп. -М.:
Радио и связь, 1987.
2. Ионов А.Д. Статистически нерегулярные оптические и электрические кабели связи. -Томск: Радио и связь, 1990.
3. Гроднев И.И. Волоконно-оптические линии связи. -М.:
Радио и связь, 1990.
4. Чео П.К. Волоконная оптика. -М: Энергоатомиздат,1988.
5. Свечников Г.С. Элементы интегральной оптики. -М.:
6. Федоров Б.Ф. Оптический квантовый гироскоп. -М: Машиностроение, 1973.
7. Методические указания к технико-экономическому обоснованию дипломных проектов по специальностям «электронно-медицинская аппаратура» и «конструирование и производство радиоаппаратуры». -Л.: ЛЭТИ,1985.
8. Безопасность жизнедеятельности. Методические указания по дипломному проектированию. -СПб.:ЛЭТИ,1996.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11
