Автогенераторні перетворювачі фізичних величин та пристрої на їх основі для комп’ютерних систем і мереж загального та спеціального призначення

Abstract

Дисертаційну роботу присвячено розв’язанню науково – прикладної проблеми, яка полягає у необхідності розроблення нових та вдосконалення відомих методів вимірювання фізичних величин та створення нових автогенераторних приладів вимірювання цих величин на основі автогенераторних пристроїв, що забезпечують їх динамічний режим роботи при електричному перелаштуванню параметрів автоколивальної системи при дії зовнішніх факторів та розроблення на їх базі пристроїв для перетворення інформації в комп’ютерних та інформаційно-вимірювальних системах і мережах загального та спеціального призначення. На основі принципу перетворення енергії у квантових і мікроелектронних транзисторних структурах запропоновано нові методи розрахунку основних характеристик пристроїв, які дозволили отримати вихідні характеристики у параметричній залежності від діючих зовнішніх факторів та параметрів первинних перетворювачів і параметрів автогенераторів. Розроблено математичні моделі автогенераторних перетворювачів вимірювання температури, оптичної потужності, тиску, індукції магнітного поля, концентрації газів, вологості, в яких значно простіше розраховуються аналітичні формули параметричної залежності функцій перетворення і чутливості, які враховують вплив вхідного інформативного сигналу параметрів первинних перетворювачів і параметрів автогенераторів на функції перетворення і чутливості у порівнянні з існуючими методами розрахунку цих функцій з рівнянь Кірхгофа. Розроблено і досліджено схеми, конструкції, автогенераторних приладів вимірювання температури, оптичної потужності, індукції магнітного поля, тиску, концентрації газів, вологості у вигляді квантових і мікроелектронних транзисторних структур, які працюють у діапазоні 103-109 Гц. На основі розроблених приладів побудовано багатоканальні пристрої вимірювання запахів і концентрацій газів, параметрів навколишнього середовища, систему моніторингу характеристик маслонаповнених енергетичних установок, систему моніторингу параметрів спортсмена – весляра, які працюють у реальному масштабі часу з бездротової передачею інформації, багатоканальні підривні пристрої наземного та повітряного типів.

The dissertation work is devoted to solving a scientific and applied problem, which consists in the need to develop new and improve known methods for measuring physical quantities and create new self-generator devices for measuring these quantities based on self-generator devices that ensure their dynamic operation during electrical adjustment of the parameters of the self-oscillating system under the influence of external factors and develop on their basis devices for converting information in computer and information-measuring systems and networks of general and special purpose. The work proposes a new principle for the construction of self-generator devices for measuring physical quantities, which is based on the conversion of the energy of a constant electric field into the energy of an alternating electric field in quantum and microelectronic transistor structures with negative differential resistance, which provides a wide dynamics of output frequency tuning. Based on the principle of energy conversion in quantum and microelectronic transistor structures, new methods for calculating the main characteristics of devices have been proposed, which allowed obtaining output characteristics in parametric dependence on the operating external factors and parameters of primary converters and parameters of oscillators. This allows design developers to calculate and select optimal operating frequencies and optimal operating modes of devices. Mathematical models of oscillator devices for measuring temperature, optical power, pressure, magnetic field induction, gas concentration, and humidity have been improved, in which analytical formulas for the parametric dependence of the conversion and sensitivity functions are calculated much more easily, which clearly demonstrate the influence of the input informative signal of the parameters of primary converters and parameters of oscillators on the conversion and sensitivity functions in comparison with existing methods for calculating these functions from Kirchhoff's equations. The mathematical model of the oscillator based on the quantum structure of a tunnel-resonant diode with negative differential resistance when operating in a quasi-linear mode based on the solution of the differential equation of the oscillatory system was improved, which made it possible to obtain conditions for stable operation and the dependence of the output voltage on time. Schemes, designs, self-oscillating devices for measuring temperature, optical power, magnetic field induction, pressure, gas concentration, humidity in the form of quantum and microelectronic transistor structures operating in the range of 103-109 Hz were proposed, developed and investigated. Theoretical principles, operating principles, schemes and designs of multi-channel devices for simultaneous measurement of frequency and digital information, the parameters of which are coordinated with computer and information-measuring systems and networks of general and special purpose, have been developed. Theoretical principles, operating principles, schemes and designs of a multi-channel computer information-measuring system for monitoring the parameters of powerful oil-filled power plants based on the developed self-oscillating measuring devices have been developed. A computer information-measuring system for the physical parameters of a rower during his work and the boat's movement mode has been developed based on the developed self-oscillating measuring devices. A computer information-measuring system for measuring and controlling the parameters of a gas environment has been developed based on the proposed self-oscillating devices. Theoretical principles, operating principles, schemes and designs of multi-channel subversive devices of ground and air types have been developed based on the developed self-oscillating devices for civil and military equipment.