Хотя первые высотомеры появились в 1920-х годах, технология их изготовления непрерывно обновлялась по мере того, как схемотехника развивалась в современных приложениях. Как же высотомер стал важнейшим компонентом в последующие десятилетия?
Что такое высотомер
Высотомеры – это инструменты, которые измеряют высоту расположения объектов, обычно над фиксированным уровнем, а часто и над уровнем моря. Соответственно, измерение высоты объекта известно как альтиметрия. Эти устройства могут быть механическими или электронными в зависимости от их применения.
Сегодня обычно используются три основных типа высотомеров:
- Высотомеры давления работают в соответствии с атмосферными условиями
- Радиовысотомеры и радары работают с использованием электромагнитных волн
- Оптические высотомеры работают с использованием световых волн и лазерных систем
Принцип работы высотомера
Наибольшая доля устройств среди высотомеров – барометрические (механические). Эти устройства приводятся в действие внутренней пружиной (или капсулой) в герметичной металлической камере, которая сжимается в ответ на изменения давления воздуха. Это сжатие перемещает стрелку манометра, давая показания высоты в метрах или футах.
Современные барометрические высотомеры могут также включать в себя порты статического давления (или трубки Пито), подключенные к линиям. Эти линии транспортируют воздух от передней части движущегося объекта (например, самолета) с фиксированной скоростью. Скорость не влияет на эту систему, но изменяется давление воздуха. Когда трубки плохо спроектированы, на измерения могут влиять ударные волны и ошибки.
Это не означает, что барометрические высотомеры не могут быть электронными. Современные барометрические устройства используют пьезорезистивную интегральную схему (ИС). Эта ИС отклоняется (или изгибается) пропорционально атмосферному давлению, тем самым изменяя электрическое сопротивление цепи. Поскольку это сопротивление отслеживается в режиме реального времени, система может измерять высоту на основе предположений. В эту ИС встроены сигнальные процессоры, а также схемы регулирования напряжения.
Ограничивающая пластина поддерживает внутреннее давление с тыльной стороны цепи, одновременно защищая любой нижележащий датчик от стрессоров, накапливающихся внутри. Такие установки распространены в приборах дифференциального давления.
Радиочастотные высотомеры
Что, если нам потребуются системы, менее чувствительные к изменению погоды? Радиовысотомеры (или радары) используют радиочастотные (РЧ) сигналы для определения динамической высоты. Эти модели состоят из приемника-передатчика, который работает вместе с отдельными антеннами. Сигналы передаются на передатчики, на землю, а затем отражаются обратно отправителю. Расчет расстояния-времени используется для сообщения высоты.
Радиовысотомеры используют фиксированный частотно модулированный (FM) сигнал в определенном диапазоне Гц. Хотя эта частота теоретически не должна изменяться от передачи к приему, частота FM имеет тенденцию к увеличению во время обратного пути. Эта логика встроена в бортовую систему, что повышает точность считывания. Радиовысотомеры часто являются автономными устройствами, но могут также показывать высоту вместе с электронными индикаторами полета. Компьютеры имеют решающее значение для таких установок.
Эти инструменты получают питание от источников питания других электронных систем. Обычно это происходит при зажигании или активации. Таким образом, радиолокационные высотомеры работают через автоматический выключатель, который включается автоматически или в ответ на события на борту. Затем электричество используется для питания встроенных радиочастотных микросхем и антенн.
Оптические высотомеры
Оптические системы имеют много общего с другими энергетическими технологиями, такими как лидары. Импульсы энергии – часто в форме лазерных световых волн – передаются и отражаются от близлежащих объектов, включая землю. Эти системы с «прицелом» обладают высокой точностью, обеспечивая динамическую топографию окружающего мира.
Можно даже сказать, что оптические высотомеры работают аналогично эхолокации, вместо этого меняя звуковые волны на световые во время вычислений. Излучатель необходим для направления световых импульсов на землю. Датчики получают любые возвращенные сигналы. Кроме того, эти оптические блоки работают в паре с приемниками GPS и инерциальными навигационными системами для более точного определения высоты в зависимости от местоположения. Оптические (или лазерные) варианты получают питание от объектов, на которых они установлены или встроены.
Ясно, что сегодняшние высотомеры далеко ушли от своих чисто механических предшественников. Достижения в схемотехнике проложили путь к новым конструкциям высотомеров. В ответ инженеры и ученые используют эти устройства для новых открытий. Они также обещают сделать наши существующие системы более безопасными, чем когда-либо прежде.
© digitrode.ru