Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
18
Добавлен:
22.02.2014
Размер:
981.5 Кб
Скачать

БАЛАКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИКИ, ТЕХНОЛОГИИ И УПРАВЛЕНИЯ.

ФАКУЛЬТЕТ ИНЖЕНЕРНО- СТРОИТЕЛЬНЫЙ.

КАФЕДРА УПРАВЛЕНИЕ И ИНФОРМАТИКА В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ.

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПО ТАУ

ТЕМА:

Влияние гидростатического давления на оптические параметры оптоволоконных кабелей калибровочной системы нейтринного телескопа

НТ-200

Выполнил студент гр. УИТ-43

Колесников И. А.

Принял

Скоробогатова Т.Н.

2004

Введение

Байкальский нейтринный телескоп НТ-200 расположен в южной части озера Байкал на глубине 1150 м и на расстоянии 3.6 км от берега. Телескоп физический пуск, которого состоялся в начале апреля 1998 г., состоит из 192 оптических модулей, установленных на 8 гирляндах. Каждая гирлянда состоит из 24 оптических модулей закрепленных попарно на геофизическом бронированном кабель-тросе КГ-7-60. Выходные сигналы оптических модулей, объединенные в пары, включаются на совпадение во временном окне 15 нс. Такая пара оптических модулей образует единый оптический канал телескопа. Высота каждой гирлянды составляет 70 м. Семь гирлянд закрепляются в вершинах гептагона (фигуры, образующиеся в горизонтальной проекции телескопа) с помощью горизонтальных штанг, выполненных из композиционных материалов. Восьмая гирлянда крепится в геометрическом центре гептогона. Периферийные гирлянды отстоят от центральной гирлянды на 21.5 м и на 16.5 м друг от друга. В состав НТ-200 входит система, предназначенная для временной калибровки телескопа и состоящая из двух идентичных лазерных модулей. Каждый модуль содержит азотный лазер, излучающий на длине волны 337 нм, и лазер на красителе, преобразующий излучения азотного лазера в излучения, спектр которого достигает максимума на длине волны 470 нм. Оба лазера закреплены на единой металлической платформе вместе с источником питания и управляющей микропроцессорной системой и помещены в защитный глубоководный корпус лазерного модуля, изготовленный из боросиликатного стекла толщиной 1 см. Длительность светового импульса лазерных модулей меньше 1 нс. Система оптоволоконных кабелей состоит из 96 пластиковых оптоволоконных кабелей одинаковой длины 130 м марки ser 1v . Кабели разделены на 8 групп по 12 кабелей в группе. Все оптоволоконные кабели объединены на одном конце в планшайбу. Такая конструкция позволяет обеспечить равномерную засветку оптических модулей, составляющих канал.

Таким образом, оптоволоконные кабели телескопа работают под абсолютным гидростатическим давлением 111.5-118.5 атм., что соответствуют глубинам 1115-1185 м, и при разности давлений вдоль кабеля до 7 атм. (10 м толщины воды соответствуют давлению 1 атм.) при температуре 30С. Учитывая такие условия необходимо изучить влияния давления и его градиента на оптические параметры оптоволоконных кабелей, такие как время распространения и время затухания наносекундных световых сигналов. Оптоволоконные кабели в гирлянде разводятся на разные уровни по глубине. Это обстоятельство, возможно, является причиной разных значений задержек субнаносекундных световых импульсов лазерного модуля в оптоволоконных кабелях телескопа. Для изучения этого влияния исследовалась зависимость времени распространения и ослабления оптического сигнала в оптоволоконных кабелях НТ-200 от окружающего давления. Измерения проводились в камере гидростатического давления Бременского университета (Германия). Световые импульсы длительностью 1 нс. проходят через исследуемый оптоволоконный кабель и попадают на фотокатод быстрого фотоэлектронного умножителя (Ф.Э.У) ХР2020. Время задержки светового сигнала в оптоволоконном кабеле и амплитуда сигнала измерялись при помощи аналогового осциллографа с точностью 0.1 нс. Измерялся временной интервал между синхронизирующими импульсами источника света и выходными импульсами Ф.Э.У обусловленными световыми импульсами источника света. Измеренное время пролета фотоэлектронов в ХР2020 составило 30нс и учитывалось при измерении времени распространения светового сигнала в оптоволоконных кабелях. Давления измерялось в диапазоне 0-150 атм. с шагом 10 атм. Измерения проводились после 20 мин выдержки при каждом фиксированном давлении.

I ЧАСТЬ

Принципиальная функциональная схема.

1

6

5

2

3

4

7

8

Влияние гидростатического давления на оптические параметры оптоволоконных кабелей калибровочной системы нейтринного телескопа НТ-200

1.Источник наносекундных световых импульсов.

2.Ф.Э.У. ХР2020

3.Исследуемый оптоволоконный кабель.

4.Аналоговый осциллограф 2465В.

5.Соединительные кабели.

6.Герметичный переходный блок.

7.Камера гидростатического давления.

8.Компрессор.

Структурная схема исследуемой системы.

ЗУ

ОУ

КУ

Д

ЗУ- задающие устройство

ОУ- объект управления

КУ- корректирующие устройство

Д- датчик

Передаточные функции исследуемой системы.

ЛАЧХ ,ЛФЧХ

Из графика видно что годограф не охватывает точку (-1, j0) следовательно система по этому критерию является устойчивой.

III Часть

Преобразование нелинейной системы

В качестве нелинейного элемента в системе используется трехпозиционное реле со статической характеристикой рис. 1

Рис. 1. Статическая характеристика нелинейного элемента.

Где: b=4; c=2

Из статической характеристики следует:

Для построения фазового портрета упростим структурную схему нелинейной СУ. Для этого сгруппируем все линейные звенья системы и нелинейные.

НЭ

НЭ

Разомкнем систему перед нелинейным элементом, перенося на новый вход системы регулирующее воздействие. Получим следующую структурную схему:

W4(p)

W2(p)

-W3(p)

НЭ

W1(p)

[1-W3(p)]W2(p)W4(p)W1(p)

НЭ

u

F(ε)

W(p)

X

Получаем передаточную функцию линейной части.

W(p)=[1-W3(p)]W2(p)W4(p)W1(p)

Упростим передаточную функцию:

Перемножим знаменатель:

=(49p3+6000p2+1000p+980p2+120000p+

200000)*(3p+5)=147p4+245p3+18000p3+30000p2+3000p2+5000p+2940p3+

+4900p2+360000p2+600000p+600000p+1000000=147p4+21185p3+397900p2+

+1205000p+1000000

Вынесем в числителе за скобки -4,5·106, а в знаменателе 1·106. Далее пренебрегая всеми значениями меньшими 10-3 порядка, получим следующее выражение для передаточной функции:

Окончательное выражение для передаточной функции:

Анализ и определение устойчивости СУ.

По полученному фазовому портрету проводим анализ устойчивости СУ. При этом видно, что система является устойчивой, т.к. фазовая траектория при выводе ее в точку М0 (-5;0) приближается к началу координат. В последствии фазовая линия пересечет ось на отрезке (–с, с) соответствующем зоне нечувствительности. Система не подвержена автоколебаниям.

Качество управления СУ, о котором можно судить по виду фазового портрета, является удовлетворительным и не требует дополнительной коррекции.

Список литературы.

1. Теория автоматического управления/ Под ред. А.В. Нетушила. – М.: высшая школа, 1977. – 519 с.: ил.

2. Основы автоматического регулирования/ Под ред. В.С. Пугачева. – М.: Наука, 1974. – 720 с.: ил.

3. Самоучитель MathCad 11 Кирьянов Д.В.. – СПб.: БХВ – Петербург, 2003. – 560с.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.