Мехатронные информационные устройства и системы

Курсовой проект - Компьютеры, программирование

Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование

?

 

Пьезоэлектрический датчик

Необходимо:

? найти максимальную ЭДС датчика;

? определить модуль чувствительности схемы;

? определить максимальное выходное напряжение с усилителя;

Исходные данные:

? пьезоэлектрический модуль, Кл/Н;

? механическая сила, Н;

? частота, f = 14000 Гц;

? радиус кристалла, м;

? высота кристалла, м;

? диэлектрическая составляющая, ;

? входное сопротивление усилителя, Ом;

? входная ёмкость усилителя, Ф;

? коэффициент усиления, K = 10;

? диэлектрическая постоянная, .

Определяем выходную ёмкость с датчика по формуле 18.

 

, (18)

Ф.

 

Механическое воздействие подчиняется заданному закону

 

.

 

Определяем максимальную ЭДС датчика по формуле 19.

 

, (19)

.

 

Определяем максимальное входное напряжение по формуле 20.

 

, (20)

В.

 

Модуль чувствительности заданной схемы определяется заданным выражением 21.

 

, (21)

где .

 

График изменения модуля чувствительности представлен на рисунке 12.

 

Рисунок 12 ? График изменения модуля чувствительности

 

Определяем максимальное выходное напряжение с усилителя по формуле 22.

 

, (22)

В.

 

Преобразование экспериментальных данных в аналитическую функцию. Необходимо:

? по полученным экспериментальным данным с датчика, отображающих зависимость выходного напряжения от массового расхода воздуха, построить аналитическую функцию для дальнейшего расчёта микроконтроллером промежуточных значений.

? построить график относительной погрешности расхождения экспериментальных данных выходного напряжения от аналитических.

Исходные данные:

? экспериментальные данные выходного напряжения, = [7,389; 3,320; 1,492; 0,670; 0,301; 0,135; 0,061] мВ.

? экспериментальные данные расхода воздуха, M = [0; 1; 2; 3; 4; 5; 6] г/сек.

Аналитическая зависимость должна иметь вид , где a и b ? коэффициенты.

Общая формула метода наименьших квадратов - формула 23.

 

, (23)

 

Прологарифмируем экспериментальные значения выходного напряжения, ? возьмём натуральный логарифм от каждого значения из массива .

Наёдём коэффициенты a и b из системы уравнений 23. Здесь значения соответственно равны данным из массива M; значения соответственно равны данным из массива .

В результате решения системы уравнений получаем значения искомых коэффициентов: a = - 0,788 и b = 1,946.

Аналитическая зависимость при найденных значениях коэффициентов a и b представлена на рисунке 13.

 

Рисунок 13 ? График аналитической зависимости и экспериментальных данных .

 

Найдём относительную погрешность расхождения экспериментальных данных выходного напряжения от аналитических. Отметим, что в качестве экспериментальных данных при расчёте погрешностей используем массив . В качестве аналитических данных полученные из графика (рисунок 13) значения . В качестве истинных значений принимаем аналитические данные.

Итак, имеем= [7,389; 3,320; 1,492; 0,670; 0,301; 0,135; 0,061 мВ и= = [7,000; 3,184; 1,448; 0,658; 0,299; 0,136; 0,061].

Относительную погрешность определяем по формуле 24.

 

, (24)

 

Полученные значения относительной погрешности .

Информационная пропускная способность.

По каналу передачи данных передаётся двоичная однополярная битовая последовательность, представленная на рисунке 14.

 

Рисунок 14 ? Двоичная однополярная битовая последовательность

 

Необходимо:

? определить пропускную способность передачи по каналу передачи данных при воздействии помехи с заданными параметрами;

? определить информационный КПД передачи данных в единицу времени при воздействии помехи с заданными параметрами;

? определить мощность сигнала помех, при которых передача информации не осуществляется.

? построить график зависимости энергетического КПД и пропускной способности при воздействии помехи с заданными параметрами от длительности бита и напряжения бита.

Исходные данные:

? длительность бита, сек.;

? входное сопротивление, R = 50 Ом;

? амплитуда бита, E = 5В.

? напряжение помехи, В.

Определим полосу частот с 90% -ой передачей данных по формуле 25.

 

, (25), .

 

Определяем частоту воздействующей помехи по формуле 26.

 

, (26), Гц.

 

Мощность полезной информации определяем по формуле 27.

 

, (27), Вт.

 

Действительное значение определяем по формуле 28.

 

, (28), В.

 

Определяем мощность шума по формуле 29.

 

, (29), Вт.

 

Пропускную способность определяем по формуле 30.

 

, (30), .

 

Определяем коэффициент потери точности по формуле 31.

 

, (31), .

 

Информационный КПД определяем по формуле 32.

 

, (32) ,.

 

Энергетический КПД определяем по формуле 33.

 

, (33), .

 

Зависимость пропускной способности от напряжения бита имеет вид

 

, где , .

 

График зависимости представлен на рисунке 15.

 

Рисунок 15 ? График зависимости

 

Зависимость энергетического КПД от длительности бита имеет вид , где , . График зависимости представлен на рисунке 16.

 

Рисунок 16 ? График зависимости

 

Зависимость энергетического КПД от напряжения бита имеет вид , где , . График зависимости представлен на рисунке 17.

 

Рисунок 17 ? График зависимости

&