АППАРАТУРА ТОЧНОЙ МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ

Аппаратура точной магнитной записи является основным средством регистрации измерительной информации при летных испытаниях авиационной техники. Этому способствуют достоинства магнитной записи, основными из которых являются:

· высокая точность преобразования электрических сигналов;

· относительная легкость реализации многоканальной системы регистрации;

· возможность многократного просмотра записанной информации без ухудшения ее качества и без предварительной обработки носителя;

· технологичность обработки результатов эксперимента на специализированных вычислительных системах;

· возможность длительного хранения информации и повторное использование носителя для записи на борту.

Некоторые недостатки магнитной записи, не снижающие ее достоинств, следующие:

· отсутствие визуального контроля результатов записи;

· возможность уничтожения записи, если на пленку подействует постороннее сильное магнитное поле.

Магнитная запись в аппаратурной реализации базируется на достижениях радиоэлектроники, автоматики, что в свою очередь требует развитой наземной базы и обслуживающего персонала более высокой квалификации.

В практике летных испытаний нашли применение следующие способы магнитной записи:

· прямая магнитная запись,

· частотно–модулированная запись,

· фазомодулированная запись,

· запись импульсов с модуляцией по длительности,

· цифровая или кодоимпульсная запись.

Перечисленные способы имеют свои достоинства и недостатки, свою аппаратурную реализацию бортовой и наземной частей, которые аппаратурно несовместимы и степень их применения различна.

Аппаратура точной магнитной записи (магнитные накопители) в зависимости от способа записи содержат различные блоки и устройства, объединяемые в единое целое вместе с лентопротяжным механизмом. Отдельные блоки (например, источники питания) могут быть вынесены в самостоятельную единицу.

Каналы регистрации, вообще говоря, не представляют единого целого и существуют раздельно: канал записи – на борту, а канал воспроизведения – на земле, в наземном оборудовании. Однако рассмотрение их отдельно лишено смысла, так как сравнить входной и выходной сигналы можно только при анализе их совместной работы.

Разделение каналов производится по магнитной ленте, которая переносится с борта на наземное воспроизводящее устройство. Несмотря на большое разнообразие способов магнитной записи, определяющих структуру канала регистрации, их можно разделить на два вида:

· -канал записи–воспроизведения непрерывных, аналоговых сигналов;

· -каналы записи–воспроизведения дискретных сигналов.

На рис. 1а, 1б и 1в изображены структурные одноканальные схемы каналов записи–воспроизведения в системах магнитной записи сигналов в непрерывной форме.

Рис. 1.

На рисунке обозначено: УЗ – усилитель записи, преобразующий сигнал до уровня, достаточного для записи на магнитную ленту головкой записи ГЗ. ГВ – головка воспроизведения; УВ – усилитель воспроизведения; М – модулятор; ГНЧ – генератор несущей частоты; ЧД – частотный дискриминатор; Ф – фильтр; ФД – фазовый дискриминатор.

При многоканальной записи все элементы канала повторяются многократно (в зависимости от количества каналов записи на записывающих головках), за исключением некоторых устройств, например генератора несущей частоты, блока питания.

Структурные схемы каналов записи–воспроизведения дискретной информации показаны на рис. 2.

Рис.2.

На рис. 2а обозначены: К – коммутатор; Д – датчики; ПУЗ – преобразователь совместно с усилителем записи, содержащий ключевую схему и дифференциатор; ДК – декодеровщик и схема разделения по каналам.

На рис. 2б обозначены: АЦП – аналогово–цифровой преобразователь.

Естественно, что эти схемы дают ограниченные физические представления о преобразованиях информации в аппаратуре точной магнитной записи, но подчеркивают сложность технических задач, решаемых при созданий аппаратуры и при условии выполнения требований к точности регистрации и требований к объему и массе.

ИНФОРМАЦИОННО–ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
ДЛЯ ЛЕТНЫХ ИСПЫТАНИЙ

Как правило, информационно–измерительные системы накапливают информацию на борту, а ее перенос на наземные устройства осуществляется вручную. В последнее время в функции информационно–измерительных систем добавляется и такая, как передача информации через радиотелеметрический канал, что расширяет возможности систем бортовых измерений.

В практике летных испытаний используется аппаратура точной магнитной записи, созданная в различные годы, или, как принято говорить, аппаратура разных поколений. Магнитные накопители первых образцов (аппаратура точной магнитной записи первого поколения) уже не применяются. В таблице 1 приведены основные технические характеристики некоторых магнитных систем.

Таблица 1.

Основные технические характеристики некоторых магнитных накопителей
и информационно–измерительных систем, основанных на их использовании

Обозначение: * А – аналоговый канал; РК – разовая команда; Ч – частотный канал; С – счетный канал; ПЗ – прямая запись; ЧМ – частотно–модулированная запись.
** – в скобках объем информационно–измерительные системы
указан с накопителем MH–1.

2.5.1. Информационно-измерительная система «Гамма–К»

Информационно–измерительная система «Гамма–К» предназначена для сбора, преобразования и регистрации низкочастотной (аналоговой) и дискретной информации. информационно–измерительная система обеспечивает также синхронизацию измерений, обработку и отображение результатов обработки на борту, передачу информации по телеметрическому каналу. Функциональная схема информационно–измерительной системы представлена на рис. 3.

Рис. 3.

Система «Гамма–К» воспринимает следующие виды входных сигналов от различных датчиков физических величин:

· аналоговые напряжения от потенциометрических преобразователей в диапазоне 0 – 6,0 В;

· частотные сигналы типа синусоиды (информационный параметр – частота);

· импульсные сигналы и сигналы типа разовых команд;

· двухпозиционные сигналы;

· сигналы от синусно–косинусных трансформаторов;

· сигналы малого уровня, аналоговые;

· цифровые коды;

· сигналы с термо– и тензодатчиков.

Многоканальные преобразователи информации (МПИ) приспособлены для восприятия только одного вида указанных сигналов. Многоканальные преобразователи информации различного типа могут включаться в информационно–измерительные системы в любом сочетании в зависимости от типа и количества сигналов, подлежащих регистрации, но не более чем восемь преобразователей одновременно.

Работа системы «Гамма–К» организована по магистральному принципу. В системе две линии: адресная, служащая для передачи команд управления, и информационная линия, по которой передается информация от МПИ на лентопротяжные механизмы для записи на борту, на бортовые ЭВМ для обработки и на согласующее устройство для передачи по радиоканалу.

Блок управления и синхронизации (БУС), входящий в состав информационно–измерительные системы, вырабатывает команды управления работой многоканальными преобразователями информации, которые содержат адреса многоканальных преобразователей информации, кадровые сигналы и синхросигналы (время). Эти команды вырабатываются в соответствии с заданной программой работы информационно–измерительной системы. Программы устанавливаются на земле включением соответствующей фишки и предусматривают распределение частот опроса многоканальных преобразователей информации, входящих в информационно–измерительную систему. Всего предусмотрено 23 программы. Номера, количество многоканальных преобразователей информации в системе и частоты их опросов приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Распределение МПИ в системе «Гамма–К» по частотам опроса

Все многоканальные преобразователи информации постоянно подключены к датчикам и линиям системы, однако информация с них поступает в информационную линию только по команде блока управления и синхронизации и в том случае, если адрес, выдаваемый блоком управления и синхронизации, совпадает с адресом многоканального преобразователя информации. При совпадении адресов многоканальный преобразователь информации открывается, считывает показания датчиков с заданной частотой опроса и вырабатывает одиннадцатиразрядный двоичный код, содержащий информацию об измеряемом параметре, времени измерения, а также канальную и кадровую информацию. Код по одиннадцати проводам поступает в информационную линию для регистрации. Запись информации на лентопротяжные механизмы выполняется параллельным кодом, причем старшие разряды и кадровые тактовые синхросигналы блока управления и синхронизации располагаются на средних дорожках (в центре магнитной ленты), младшие разряды – на крайних дорожках.

В информационно–измерительной системе «Гамма–К» одновременно могут включаться четыре магнитофона с вертикальным расположением кассет. Эти магнитофоны включаются поочередно и с учетом реверса магнитной ленты обеспечивают запись информации в течение нескольких часов. В случае необходимости передачи информации по радиоканалу в состав информационно–измерительной системы вводится согласующее устройство, преобразующее формат кадра «Гамма–К» в формат кадра радиотелеметрической станции.

Основные технические характеристики информационно–измерительной системы «Гамма–К»:

· частотный диапазон регистрируемых сигналов 0 – 5 Гц;

· количество измеряемых параметров в зависимости от частоты опроса 64 – 512;

· информативность системы 4096, 8192 изм/с;

· частота опроса каналов 1 – 64 Гц;

· погрешность преобразования 0,50%;

· объем одного магнитного накопителя 8,2 л;

· объем минимальной комплектации с многоканальными преобразователями информации типа блока разовых команд, частотного счетчика, блока сбора полетной информации малого уровня 39,1 л.

Наземная часть системы содержит устройство воспроизведения записи «Гамма–КН» (УВЗ), которое обеспечивает ввод информации в системы обработки. Информация на устройстве воспроизведения записи может быть также и просмотрена.

Система «Гамма–К» имеет несколько модификаций, которые сохраняют принципы магистрального построения системы, существенным образом расширяют возможности в целом. Во всех модификациях остается постоянной структура кадра, что позволяет использовать на земле одинаковое программное обеспечение для обработки информации со всех модификаций.

Модификация «Гамма–КМ» отличается от основной «Гаммы–К» только габаритами.

Модификация «Гамма–1101» отличается от предыдущих новыми многоканальными преобразователями информации, воспринимающими информацию с тензо– и термодатчиков.

Модификация «Гамма–4101» (внешняя синхронизация) отличается от всех других устройством блока управления и синхронизации и обеспечивает работу системы от внешнего источника времени. В информационно–измерительной системе «Гамма–К» существует свой источник времени, выполненный на кварцевом генераторе. Это время используется в блоке управления и синхронизации для выработки кода времени, которое подается на многоканальные преобразователи информации. Внутреннее время системы не выводится во вне и не может быть использовано для синхронизации работы нескольких систем, которые могут находиться на борту. Модификация «Гамма–4101» устраняет этот недостаток и может обеспечить работу на борту до восьми информационно–измерительных систем типа «Гамма–1101» одновременно.

В качестве источника времени в этой модификации используется система единого времени, в которую вводится московское время и с помощью высокостабилизированного кварца это время сохраняется с высокой точностью в течение продолжительного периода. С помощью блока управления и синхронизации это время вводится в кадры восьми комплектов, подается на другие регистраторы (самописцы, осциллографы), а также поступает и в бортовые системы самолета. Система единого времени может синхронизировать работу наземных средств измерений, в частности, систему траекторных измерений или радиолокаторов.

Модификация «Гамма–5101» (обработка, контроль и отображение на борту) обеспечивает обработку информации на борту по программам, введенным в бортовую ЭВМ, которая входит в состав этой модификации. Результаты обработки выводятся на осциллограф или дисплей (для просмотра экспериментатором) непосредственно на борту в процессе испытаний. При этом контролируется качество записанной информации, работоспособность информационно–измерительные системы. Если в бортовую ЭВМ введены градуировочные коэффициенты, то можно контролировать количественные характеристики измеряемых параметров и через них оценивать состояние систем самолета или каких-либо его агрегатов в соответствии с целями эксперимента.

Модификация «Гамма–3101» в отличие от других модификаций обеспечивает измерение информации с тензо– и термодатчиков в диапазоне частот от 0 до 30 Гц. Остальные возможности системы «Гамма–1101» совпадают с аналогичными возможностями информационно–измерительных систем.

Для семейства информационно–измерительных систем «Гамма–К» разработана контрольно–поверочная аппаратура, которая позволяет в лабораторных условиях проверить работоспособность и исправность, как отдельных устройств, так и системы в целом. Неисправные блоки системы «Гамма–К» ремонту не подлежат и пересылаются на заводы–изготовители.

2.5.2. Информационно–измерительная система «Гамма–АЧ»

Информационно–измерительная система «Гамма–АЧ» предназначена для сбора и регистрации высокочастотной информации в диапазоне частот 0 – 5000 Гц. В системе реализован метод частотной модуляции. Система «Гамма–АЧ» (рис. 5) применяется для обеспечения прочностных и аэродинамических исследований самолета и его силовой установки.

Рис. 5.

Входные сигналы с датчиков поступают на бортовые многоканальные системы (БМС), которые эти сигналы усиливают. В состав информационно–измерительной системы «Гамма–АЧ» входят пять типов бортовых многоканальных систем:

· АВП – аппаратура для измерения вибраций с помощью пьезодатчиков (амплитудно–частотные характеристики типа полосового фильтра с рабочей полосой 2 – 5000 Гц с поддиапазонами);

· АВИ – аппаратура для измерения вибраций с применением индуктивных датчиков (амплитудно–частотные характеристики типа фильтра нижних частот, рабочая полоса 0 – 100 Гц разбита на поддиапазоны);

· АДД – аппаратура для измерения динамических деформаций в двух вариантах, различающихся рабочим диапазоном частот: 1 – 100 Гц (АДД–1) и 20 – 3000 Гц (АДД–2);

· АСД – аппаратура для измерения статодинамических деформаций в диапазоне частот 0 – 100 Гц.

Расположение полос частот для бортовой многоканальной системы на оси частот показано на рис. 5.

Граничные частоты определены по уровню 0,95 для всех типов бортовых многоканальных систем.

Каждый тип аппаратуры выполнен в виде блоков. Каждый блок обеспечивает восприятие сигналов с четырех каналов. В состав бортовых многоканальных систем входит четыре блока, что позволяет при эксплуатации собирать бортовые многоканальные системы одного типа для регистрации 4, 8, 12, 16 каналов. Бортовые многоканальные системы, предназначенные для работы с мостами (тензодатчики), имеют встроенные балансировочные устройства. В информационно–измерительные системы одновременно могут быть включены бортовые многоканальные системы любого из пяти типов в любом сочетании, что позволяет регистрировать (без коммутатора) 16 каналов. За счет применения коммутатора можно увеличить количество регистрируемых параметров (до 96). Однако коммутация допустима только на установившихся режимах изменения сигналов.

С бортовых многоканальных систем или после коммутатора сигналы поступают на усилитель, который подает сигналы на регистрирующие устройства двух типов: магнитный накопитель и осциллограф.

Блок управления в информационно–измерительной системы «Гамма–АЧ» гораздо проще, чем блок управления и синхронизации в «Гамма–К», и функции его значительно уже. Он обеспечивает включение системы, осуществляет контроль работы ленто–протяжных механизмов и формирует отметку времени, которая записывается на магнитофоне на отдельную дорожку. На магнитном носителе в информационно–измерительной системе «Гамма–АЧ» на одну дорожку записывается один параметр.

Система имеет две модификации, различающихся только объемами. Модификация «Гамма–АЧБ» включает все рассмотренные бортовые многоканальные системы с магнитным накопителем «Узор–5В». Объем комплектации – 162 л (без коммутатора). Модификация «Гамма–АЧМ» содержит те же бортовые многоканальные системы с магнитным накопителем МH-1, объем комплектации – 62 л (без коммутатора).

В наземную часть системы входит устройство воспроизведения записи «Гамма–АЧН», которое контролирует качество и вводит информацию в системы обработки.