Введение к работе
Актуальность работы. Поиски путей решения проблемы управляемого термоядерного синтеза и космические исследования - две самые известные и значительные причины интенсивных разработок по созданию методов и устройств контроля параметров плазмы (УКПП).
В комплексных исследованиях космического пространства особое место занимают исследования ионосферы Земли. Они идут по двум направлениям. Это пассивные и активные (управляемые) эксперименты. Последние проводятся с борта легательных аппаратов (спутников, ракет, высотных самолетов-лабораторий) путем инжекции в окружающее пространство электронных, ионных пучков, нейтрального газа, искусственной плазмы, излучения электромагнитной энергии и т.д. Приоритетным в указанных экспериментах является контроль электронной температуры и концентрации плазмы поскольку они являются базовыми в системах управления (СУ) экспериментом, (работой инжекторов заряженных частиц, маршевых двигателей и т.п.).
Теория датчиков параметров плазмы (ДПП) сложна и ее разработка далека ееэ до своего удовлетворительного завершения. Отсюда вытекает, что методы обработки характеристик ДПП носят, в известной мере, приближенный характер, так Что погрешность контроля параметров плазма зависит от погрешностей, заложенных в моделях ДПП. Наиболее существенный вклад в эту погрешность вносит, во-первых, ионный ток, а, во-вторых, емкость двойного слоя, образующегося у электродов ДПП, погруженных в плазму. Удовлетворительный учет ионного тока требует больших значений анализирующих воздействий, которые могут привести к нарушению физических процессов в плазме и росту времени анализа характеристик ДПП. Последнее приводит к дополнительным пространственно-временным погрешностям контроля параметров.плазмы. Для уменьшения влияния емкости двойного слоя обычно снижает частоту анализирующих воздействий, что такте влечет за собой упомянутые последствия.
Поэтому первой актуальной задачей является разработка моделей ДПП при пошщи специального математического аппарата (гииер-иолелирования), а второй - создание на их основе методов контроля параметров плазмы, учитывающих рассмотренные особенности ДПП.
... Результаты контроля параметров плазмы содержат в себе, кроме погрешностей используемых методов, еще и аппаратурные погрешности. Дело в том, что УКПТ1 устанавливаются на открытых платформах летательных аппаратов под тепловыми шубами и функционируют при еньчи-
тельных перепадах температуры окружающего пространства, приводящих к нестабильности параметров УКПП и снижению эффективности СУ.
Таким образом, третьей актуальной задачей является повышение температурной устойчивости УКПП, решение которой в рамках традиционных методов представляется малоэффективным. Это связано с громоздкостью современных моделей электронных устройств, затруднениями в учете в них влияния температуры, нелинейностей характеристик, начальных условий и формы воздействий, что приводит к значительным погрешностям в процессе проектирования УКПП
Тематика исследований, проведенных в диссертации, определялась в соответствии с прика. .м Минвуза СССР N 779 от 01.07.82г. и была включена в научно-техническую программу на 1986-90 годы 0.80.03 (Приложение N 73 к Постановлению ГК СССР по науке и технике и АН СССР ОТ 10.11. 85 г., N 5731137).
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является разработка методов 'контроля параметров плазмы и создание на их основе электронных устройств СУ. повышенной стабильности с примет, нением терюфункционадьшго гипермоделирования.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
-
Разработать гипермоде лі; ДТШ ( одиночного зонда Ленгмюра -ОЗЛ и двойного зонда Ленгмюра - ДЗЛ ).
-
Разработать методы контроля параметров плазмы для ~щт-чиков с характеристиками экспоненциального типа (ОЗЛ) и тангенциального типа (ДЗЛ)..- . . ' ""
-3. Разработать'. = УКПП на сснове ДПП с характеристиками экспо
ненциального и тангенциального типов. '' - '. -- '."
\ 4.. Разработать' термофункщонапькые гипермодели УКПП.
' . 5. Разработать методику повышения стабильности УКПП на
основе"термофункциональяого гипермоделирования. .
' ; Методы исследования. . Для решения поставленных задач исполь
зовались теоретичесгае основы физики плазмы, теория плазменных
измерений, методы идентификации электрических характеристик нели-
' нейных электронных устройств, элементы математического аппарата
терыофункционалъдаго гилермоделирования, методы теории, нелиней-
- ных электронных схем, методы термокомленсации электронных цепей.
;',,"" Научная-новизна работы .заключается в следующем.-, ;
;>..;.'1. Разработаны.;.;Шермодели ДШЬ в обшей ;и адаптированной '; формах. .;. ,','_'- >.'";. '^/г^іЧ'Vt~ -'. '" ':- '-" Y; -'.'- '-:'!: , .-..;.:' 2.. Разработаны методы".коїітраія-. параметров плазмы для датчи-1 ков с экспоненциальными и чгангенщшьньш характеристиками.
-б -
-
Разработаны термофункцконадьнне гипермодели УКПП.
-
Разработана методика повышения стабильности УШШ на основе термофунюглонэльиого гипермоделирования.
Практическая ценность работы. Сформированные в работе гипермодели ДПП позволили разработать методи контроля параметров плазмы для датчиков с характеристиками экспоненциального и тангенциального типов, которые а отличие от традиционных методов позволяет контролировать два параметра плазмы - и N при уменьшении погрешности контроля в 3 и более раза. Эти методы нечувствительны к форме анализирующих воздействий, что позволяет снизить требования к стабильности выходных параметров генераторов анализирующих воздействий. Они могут быть использованы для контроля параметров периферийной плазмы в ТОКАМАКах. На основе предложенных методов были разработаны штатные образцы УШШ "Пеленг", предназначенные для контроля параметров плазкы в активных космических экспериментах. Использование термсфункционального гипермоделирования позволило повысить термоусгойчивость разработанных УКІШ з 2,5 и более раза по сравнению с традиционной аппаратурой. Разработанные методы контроля параметров плазмы и термофункционалыюе гипермоделкрог.а-ние электронных устройств на их основе могут быть использованы при проектировании аппаратуры с 7ЩП различных типов.
Реализация и внедрение результатов. Работа выполнялась в СПКВ "Дискрет", на кафедрах КПРА, РТУ в соответствии с планом важнейших научно-исследовательских работ ОГПУ, национальной и международной программ космических исследований АН СССР в рамках договоров о сотрудничестве с Институтом космических исследований АН СССР "Зонд" N 246 от . , К 474 от 27.12.85г. и хоздоговорной работы "Пеленг" N 34Д-05 от 0І.07. 87г.
Платные образцы УКШ серии "Пеленг" успешно использовались в активных космических экспериментах "Ррузия-60-Спурт" (район европейской части СССР, 1981г.), "Плазма-і", "Шіазма-2" (район Бразильской магнитной аномалии, 1985г.), в активных экспериментах, проведенных в вакуумяоя камере ИКИ АН СССР (1083,1985,1989 годы). сощий экономический эффект от внедрения составил 418 тис. рублей в ценах 1981-89 годов. За разработку методов контроля параметров плазмы, создание комплексов УКШ серии "Пеленг", участие с проведении активных космических экспериментов, расшифровку телеметрических данных автор награжден бронзовой (1982г.) и серебрянноа (1987г.) медалями ВДНХ СССР.
Апробация работы. Основные теоретические положения и резуль-
_6 -
таты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 18 Международных, Всесоюзных и Республиканских научно-технических симпозиумах, конференциях и семинарах, в частности, "Научное космическое приборостроение" ( г. Одесса, 1982г.)ч "Системы контроля параметров электронных устройств и приборов" (г. Киев, 1986г.), "Методы прогнозирования надежности проектируемой РЭА" (г. Пенза, 1987г.), "Современные проблемы радиоэлектроники" (г. Москва, 1988г.), "Проблемы качества и надежности электронной тєхеійк:, радиоэлектронной аппаратуры v средств управлениям г. Минск, 1968г.), "Разработка и применение .г.тодоз и средств ускоренных испытаний продукции на надежность" (г. Якевся, 1988г.), "Научное космическое приборостроение" (г. Фрунзе, 1949г.), "ifeTc-ды оценки и повышения надежности РЭА" (г.Пенза, іЗаег.), "Актуальные пройдеш фундаментальных наук" (г.Москва, 1991г.), "Радиоизмерения-91" (г.Севастополь, 1991г.), "Физигь космической Плазмы" (г.Киев, 1993г.), семинарах секции активных экспериментов ША АН СССР (1984-85гг,), а также на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава OIB! (1CSS?. ,1986г.).'
Публикации. По рзгуяътмгам проведенных исследований опубликовано 33 печатних работы, в том числе получено 5 авторских свидетельств.
Структура и объем работы. Диссертация состоит кз введення, четырех разделов, заклх/-шшя, изложенных на 130 страницах машинописного текста; содержит ?5 рисунков, 11 таблиц, список использованной литературы из і' наименований и приложения, в котором приведены распечатки . акадпва УКПП на ЭВМ и акты о внедрении основных результатов работы,
