Стереотелевизионные системы (стр. 9 из 14)
3SK133 – 2 мА Þ 2 ´ 10-3 ´ 15 ´ 2 = 0,06 Вт
Pпотр = 0,0615 Вт
Следовательно, Iпотр = 4,1 ´ 10-3 А.
В итоге, можно сделать вывод, что суммарные токи потребления и, соответственно, мощности не превышают допустимых для стандартного блока питания, используемого в цветной видеокамере SONY, значит, можно его применить в качестве блока питания в нашей разработке.
6. Разработка конструкции.
Все функциональные блоки телекамеры располагаются на двусторонней печатной плате размером 155´90 мм. Миниатюризация достигается за счет применения современной элементной базы фирмы SONY. Элементы схемы устанавливаются на обеих сторонах платы. Разводка цепей питания и общего производится проводниками по возможности более широкими, чем сигнальные цепи.
Плата крепится пятью шурупами к основной части корпуса, которая имеет соединительные струбцины, так, чтобы выходной разъем, разъем питания, светодиод и выключатель попали в соответствующие вырезы корпуса. Плата закрывается верхней крышкой, которая скрепляется с нижней шестью винтами диаметром М3.
Корпус выполнен из металла, окрашен в черный или белый цвет. Толщина стенок корпуса – 1 мм.
В конструкции предусмотрены выключатель и светодиод, который загорается при включении питания. Выходной разъем X1 представляет собой стандартный разъем для подключения к компьютеру. При необходимости может поставляться переходник.
Телекамера жестко крепится на бинокулярном микроскопе при помощи металлического соединителя и фиксирующей муфты.
Конструкция телекамеры позволяет защитить электрическую схему от внешних воздействий, но различные динамические воздействия, а также повышенная температура и влажность могут вывести ее из строя, поэтому в руководстве по эксплуатации вводится пункт о бережном обращении с телекамерой.
Телекамеры с механическими повреждениями корпуса и печатной платы в гарантийный ремонт не принимаются.
7. Расчет надежности.
Надежность – это свойство прибора безотказно функционировать в течение заданного времени в определенных эксплуатационных условиях. Ориентировочный расчет надежности заключается в нахождении интенсивности отказов устройства l (рис. 7.27), времени безотказной работы Т, а также вероятности безотказной работы в течение времени t [19].
Зависимость интенсивности отказов устройства l от времени.
Рисунок 7.27.
Первоначально для расчета надежности необходимо принять модель отказов электрорадиоэлементов. В радиоэлектронной аппаратуре моменты отказов формируют поток сл3ча6ых событий (поток отказов). Отказы, возникающие н6а этапе нормальной работы устройства, являются внезапными, не связанными со старением и износом. Поток внезапных отказов хорошо описывается моделью простейших отказов, для которой характерны свойства ординарности, стационарности и отсутствие последействия.
Свойство ординарности заключается в невозможности появления двух и более отказов в единичном интервале времени про сравнению с вероятностью появления одного отказа и выполняется для первичных отказов. Стационарность потока характеризуется постоянством среднего числа отказов в единичном интервале вре6мени, а отсутствие последействия – независимостью появления отказов в единичном интервале времени от появления отказов во всех предшествующих интервалах t.
Вероятность безотказной работы элемента рассчитывается по формуле:
t
Р (l) = exp {- ò l (t) d t},
0
где l (t) – функция интенсивности отказов. Так как в период нормальной работы интенсивность отказов можно считать постоянной во времени, то выражение можно представить в виде:
l (t) = const, P (l) = exp {- l t}.
Дальнейший расчет производится при следующих допущениях:
1) все однотипные элементы равноценны;
2) поток отказов простейший;
3) все элементы работают в нормальном режиме;
4) отказ любого элемента ведет к отказу всей системы, то есть проектируемое устройство считаем последовательным с точки зрения надежности.
Последовательное соединение элементов по надежности.
Рисунок 7.28.
Учитывая независимость отказов элементов, вероятность безотказной работы устройства равна:
N N
Р (t) = П Pi (t) = П e-tli = e-tSli = e-tl,
i=1 i=1
где Р (t) – вероятность безотказной работы i-го элемента; li – интенсивность отказа i-го элемента; N – количество элементов данного типа. Таким образом, расчет надежности устройства сводится к вычислению суммарной средней интенсивности отказов. Для системы, имеющей К типов элементов, получим:
N
lS = S Ni li,
i=1
где lS - интенсивность отказов сей системы; Ni – число элементов одного типа. Данные расчетов интенсивности отказов элементов приведены в таблице 7.2.
Расчет интенсивности отказов элементов.
| N | Наименование | Количество | li , отказ./час | Nili, час-1 |
| 1 | Микросхемы | 27 | 10-7 | 27 ´ 10-7 |
| 2 | Резисторы | 138 | 2 ´ 10-8 | 296 ´ 10-8 |
| 3 | Конденсаторы | 132 | 10-7 | 132 ´ 10-7 |
| 4 | Соединение пайкой | 1328 | 5 ´ 10-8 | 6640 ´ 10-8 |
| 5 | Разъем | 2 | 10-5 | 2 ´ 10-5 |
| 6 | Транзисторы | 8 | 10-7 | 8 ´ 10-7 |
| 7 | Диоды | 12 | 10-7 | 12 ´ 10-7 |
Таблица 7.2.
Общая интенсивность отказов устройства:
lS = 1,072 ´ 10-4 час-1.
Время безотказной работы:
Т = 1 / lS = 9323 часов.
Зависимость вероятности безотказной работы Р (t) дана в таблице 7.3.
Зависимость вероятности безотказной работы от времени.
| t, час. | 200 | 1000 | 2000 | 3000 | 4000 | 8000 |
| Р (t) | 0,97 | 0,83 | 0,69 | 0,57 | 0,47 | 0,22 |
Таблица 7.3.
Как видно из таблицы, разрабатываемое устройство обладает удовлетворительной надежностью. Определяют общую интенсивность отказов коммутационные элементы, надежность же электронной части высока благодаря применению интегральных микросхем, безотказность которых приближена к безотказности одного элемента, а их реализуемые функции позволяют минимизировать число элементов в целом.
8. Технико-экономическое обоснование научно-технического проекта «Цветная стереотелевизионная камера» [17 ].
8.1. Концепция.
Человечество всю историю своего развития стремилось к отображению и максимальной визуализации окружающего мира. С началом развития фотографии люди стремились к созданию как можно более естественных и «живых» изображений за счет освещения экспозиции и т.п. С появлением кино задача не изменилась, хотя шаг к более полному и точному отображению объектов был сделан.
В 1950 году впервые было получено стереоизображение и разработаны первые методы получения и разделения стереопары. Эра стереовидения началась. И хоть основным по-прежнему остается обычное кино за счет дешевизны и простоты производства, но стереоизображения всегда неизменно привлекали людей.
Разрабатываемая камера предназначена для использования в стереомикроскопии, хотя область применения подобных устройств гораздо шире. В связи с тем, что данная камера является частью системы, прямых аналогов которой найдено не было, уровень конкурентоспособности не рассчитывается.
8.2. Краткое техническое описание системы.
Система состоит из стереомикроскопа, цветной стереотелевизионной камеры и соединителя, при помощи которого камера крепится к окулярам микроскопа.
По функциональной схеме разрабатываемая камера мало отличается от аналогичных систем, но, в отличие от них, применяется современная элементная база фирмы SONY и оригинальный метод формирования стереоизображения. В качестве датчиков изображения используются две ПЗС матрицы, разнесенные на оптический базис (65 мм), считывание сигналов производится поочередно с частотой 100 Гц таким образом, что в выходном сигнале имеется последовательность сигналов четных и нечетных полей двух кадров стереопары (см. подробнее раздел «Разработка технических требований», пункт «Метод формирования цветного стереоизображения»).
Таким образом, при подсоединении камеры при помощи соединителя к микроскопу, имеющему оптическую систему с формированием стереоизображения непосредственно для глаз, мы можем формировать видеоизображение наблюдаемого в микроскоп объекта, причем при воспроизведении данного изображения и применении нескольких комплектов стереоочков для наблюдения в качестве наблюдателей могут выступать одновременно несколько человек. Кроме этого, сформированное изображение можно транслировать или записывать, как любой другой видеосигнал, что является неоспоримыми достоинствами системы.