ФЕДЕРАЛЬНОЕ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Кафедра № 27

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА СТУДЕНТА НА ТЕМУ:

«Разработка программированного имитатора откликов водородочувствительного МДП-транзисторного элемента со структурой Pd–Ta₂O₅–SiO₂–Si (ТЧЭ)».

Подготовил студент группы А9-11

Бу-Хасан К.Б.

Научный руководитель:

Подлепецкий Б.И.

Москва 2013

Тема НИРС-13-1.3.

Направления НИР:Создание автоматизированного аппаратно-программного измерительно-информационного комплекса (АПИК).

Раздел направления НИР: 1.3. Программируемые имитаторы откликов различных датчиков концентраций газов с учётом реальных характеристик и физических моделей (Программы для цифровой имитации откликов).

Тема НИРС: «Разработка программированного имитатора откликов водородочувствительного МДП-транзисторного элемента со структурой Pd–Ta₂O₅–SiO₂–Si (ТЧЭ)».

ВВЕДЕНИЕ

Во многих отраслях производства необходимо осуществлять контроль за содержанием водорода в среде, который при определенных концентрациях может привести к взрывоопасной и пожароопасной ситуациям.

В настоящее время разработаны опытные образцы датчиков водорода для измерения малых концентраций водорода, чувствительным элементом которых является МДП-структура. Один из таких образцов ИВД-3, содержащий 4 базовых элемента:

-два основных чувствительных элемента (тонкопленочный палладиевый резистор и n-канальный МДП-транзистор со структурой Pd–Ta₂O₅–SiO₂–Si)

-вспомогательный чувствительный элемент (МДП транзистор с алюминиевым затвором, стоковый p-n-переход которого используется как термочувствительный элемент)

-актуаторный элемент (нагреватель на основе диффузионного резистора)

Настоящая работа посвящена разработки программного имитатора откликов водородочувствительного МДП-транзисторного элемента со структурой Pd–Ta₂O₅–SiO₂–Si.

1. Специальные требования к имитатору отклика:

- возможность перенастройки имитатора под различные типы датчиков

- наличие клавиатуры для ввода данных

- индикация вводимого значения

- наличие как минимум двух режимов работы (технологического для настройки на имитацию на определенный тип датчика и рабочую – в котором осуществляется имитация работы датчика)

Рис1: Примеры осциллограмм откликов.

При разработке имитатора должны быть предусмотрены средства задания точек перехода (от линейного сигнала к нелинейному), задания параметров нелинейного участка, времен участков сигнала.

1. Функциональные требования:

1. Управление прибором:

Прибор должен управляться с помощью кнопок, расположенных на передней панели. Настройки должны осуществляются в двух основных режимах меню:

- Меню конфигурации (далее MК) даёт доступ ко всем настойкам прибора

- Меню пользователя предназначено для персонала, осуществляющего проверку системы.

2. Меню пользователя:

Меню пользователя предназначено для персонала, осуществляющего проверку системы, считывающей информацию с датчика. Содержит настройки установок концентрации водорода, временных параметров и ключевых характеристик датчика, которые будет имитировать прибор.

3. Меню конфигурации (технический режим):

Меню конфигурации предназначено для настройки прибора специалистом и должно позволять осуществлять полные настройки прибора. В этом меню должны выставляться основные настройки прибора:

- Настройка на имитацию определенного типа датчика, включая точные параметры нелинейных участков.

- Настройка прочих параметров, не относящихся к режиму пользователя.

2. Требования к сохранению настроек прибора:

Все параметры программирования записываются в EEPROM (т.е. остаются и при выключении прибора).

Таблица 1. Основные технические характеристики имитатора датчика

Характеристика и единица измерения	Значение
Диапазон изменения выходного напряжения, милливольт	От 1000 до -1000
Дискретность установки длительности интервалов сигнала, сек	0,1
Дискретность установки напряжений сигнала, милливольт	1
Диапазон длительности установки формируемых интервалов сигнала, сек	0,1 - 1000
Диапазон длительности таймаута перед повторением сигнала , сек	1-255
Выходное сопротивление, не более, ом	100

3. Состав имитатора:

- Электронный блок,

- Сетевой адаптер питания,

- Интерфейс для подключения к измерительной системе.

2. Технические решения:

Анализ современных технических решений в области имитации сигнала датчика позволит предложить решение, соответствующее выдвинутым требованиям и оптимальное по критерию (трудоемкость создания) / стоимость.

Решения сгруппированы следующим образом:

- Промышленно выпускаемые специализированные устройства,

- Универсальные устройства.

- Элементная база для построения устройства.