تصميم أجهزة استقبال ذات طابع فني لبيئات عالية التمرين في المستوطنات الصناعية

التهدئة الحرارية

وبالنسبة للتطبيقات الحرجة التي قد ترتفع فيها درجة الحرارة المحيطة لفترة وجيزة، يمكن أن يُدرج في وحدة الاستلام مضخات الترددات الكهربية الصغيرة [(FLT:0)] [المبردات العالية الترددات: 1)]، ويُستخدم فيها معدل الانتقال من الغلاف الجوي إلى مغسلة حرارية نائية، وهذا هو معدل الارتفاع في الطاقة (من 1 إلى 5 W) ويحتاج إلى درجة حرارة ثابتة.

المواد الحرارية المشتركة بين الأوجه

(ب) ويترك الاتصال بالمعادن الميكروسكوبية ثغرات جوية تعوق تدفق الحرارة. () استخدام ]] High-performance TIMs] مثل سلاسل الحرير المزودة بنقود النيتر المزودة بالنيود أو صفائح الغرافيت، ولأفضل أداء، يمكن تطبيق [(FLT:2]].

استراتيجية التصميم 3: السيرك الآلي للعمليات الرفيعة المستوى

ويجب أن يعوض التصميم الكهربائي للمستقبل عن الانجرافات والضوضاء التي يُحدثها الإجهاد الحراري، ويمكن للدائرة التي يتم تصميمها جيدا أن تحافظ على سلامة الإشارات حيث يفشل التصميم العام.

التعويض المضلل

(أ) تستخدم مؤشرات تقييم الأثر القياسية مقاوماً للتغذية المرتدة (R_)(و) ) وبطءاً صغيراً (C_{) لتحديد النطاق الترددي والاستقرار، مع ارتفاع درجة الحرارة، وتغير القدرة على استخدام أجهزة الاستنشاق الضوئية ودرجة الحرارة المحيطة بمستوى التردد (TIA)}

وثمة طريقة أخرى هي استخدام هيكل متفاوت من نوع TIA ، ومن خلال تحقيق التوازن بين نظام التصوير الضوئي وجهاز التصوير المغفل (المنبثق بشكل متطابق ولكن غير ملوث)، يتم إلغاء الضوضاء الشائعة والانحرافات الحالية المظلمة، مع الحفاظ على النظام الوطني للإنشاء والتعمير، ويأتي ذلك بتكلفة زيادة الطاقة وإحصاء المكونات، ولكن كثيرا ما يكون مبررا للوصلات الصناعية العالية.

Limiting Amplifiers and CDR Design

وبعد اتفاق الاستثمار التقني، عادة ما تُنقل الإشارة إلى دائرة مكبرات الحد من ساعات العمل واسترداد البيانات، وهذه المراحل العالية جداً قابلة للتأثر بالإنجراف في العاصمة، وتُدرج حلقة إلغاء قابلة للتعويض عن التحيز في إطار الاختبارات الافتراضية () تُعين متوسط الناتج وتغذيه على أساس التصحيح.

(ب) استخدام ] حرائق حرارة عالية ] مثل Rogers RO4350B (Tg ⁇ 280°C) أو إيسولا I--Tera MT (Tg ⁇ 200°C) وعامل التشفير (Df) ودرجة الحرارة الثابتة (Dlectric)

التوقيعات المختلفة والدرعات

(د) تحويل الإشارة العالية السرعة إلى أزواج متمايزة من ناتج تقييم الأثر التقني إلى مضخم الحد، وتختلف الإشارات التي ترفض الضوضاء الشائعة إلى جانب خطوط رقمية أو إمدادات الطاقة المتاخمة، إضافة درع حراري إلى جهاز كهربائي (EMI can) على وحدة جهاز استقبال كامل، مع تحديد مساره الصحيح في مسار الكسر أو الطائرة الأرضية.

For long runs of coaxial cable or shielded twisted couple from the receiver to the controller, use active equalization] at the receiver to compensate for high-frequency loss caused by the cable’s skin and dielectric absotion. This equalizer must itself be temperature‐compensated; design it to automatically adjust its boost based on.

اختيار الموصلات والربط بين الشبكات

ويجب أن يُقيَّم موصل المدخلات البصرية (مثلاً، LC، SC) على أساس درجة الحرارة العالية المستمرة، كما أن الموصلات المتضخمة ذات العيار المميت مع قواعد الأسمدة السهرمية تُفضَّل على البلاستيك، وبالنسبة للوصلات الكهربائية، يمكن استخدام ميامي - دي تي إل 38999 ] أو غيرها من أجهزة التعميم ذات التلمي العالي التقلبات التي تربطها بالذهب.

استراتيجية التصميم 5: الاختبار والتقييم في ظل الظروف الواقعية

ولا يمكن أن يضمن المحاكاة وحدها بقاء جهاز استقبال بصري على بعد 5000 ساعة عند 150 درجة مئوية. ومن الضروري وضع برنامج صارم للتحقق.

اختبار الحياة المعجل

يمكن استخدام معامل التعجيل بالعمر استنادا إلى طاقة التفعيل (نحو 0.71-0 من الألف لأجهزة الارتداد) لتقدير معدل الحياة المعادلة عند درجة الحرارة العادية.

Cycling and Shock

كما أن البيئات الصناعية العالية الحرارة تنطوي على تكرار التقلب الحراري (مثلاً، الليل، حرارة العمليات/الخارج) - استخدام غرفة حرارية لتدوير جهاز استقبال من -40 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية مع معدل انتقالي يتراوح بين 10 و15 درجة مئوية/متر.

التصويب والتشوك الميكانيكي

وكثيرا ما يتم تركيب أجهزة استقبال صناعية بالقرب من الآلات أو المضخات أو المحركات، مع مراعاة الوحدة التي تبثها الاهتزازات العشوائية )مثل ٥-٥٠٠ هرتز و ٢ غرام من طراز RMS( والصدمة الميكانيكية )مثل ٣٠ غراما و ١١ مترا من نصف المتر لكل ميغاهيكل )٦٠٠ - ٢٧( ورصد المصابيح المتناهية الصغر الناجمة عن أسلاك أو مكونات غير مفصولة.

محاكاة البيئة العالمية الحقيقية

وضع نموذج أولي في بيئة صناعية فعلية لإجراء محاكمة ميدانية، ورصد القدرة البصرية للمستقبل، والجهاز الوطني للحساب الإلكتروني، ودرجات الحرارة باستخدام سجل بيانات، ومقارنة البيانات الميدانية بالاختبارات المعجلة من أجل معايرة عوامل التعجيل، وتعديل التصميم إذا تم تجاوز أي هامش من درجات الترميم.

أمثلة على الطلب: حيث توجد أجهزة استقبال عالية الجودة ذات أهمية حاسمة

ولإدراج المناقشة، هناك ثلاث حالات استخدام نموذجية تطبق فيها الاستراتيجيات المذكورة أعلاه.

• (ب) يتطلب رصد ومراقبة الألياف وصلات بصرية عابرة داخل أمتار من العمليات العالية الحرارة، ويجب أن يتحمل المقبوضون المتحركون بالقرب من الفرن 150 درجة مئوية من التقلبات الحرارية المتكررة.
• Oil and Gas Downhole Telemetry:] Optical receivers deployed in drill strings operate in environments exceeding 200°C. Here, SiC photodiodes and SiC —CMOS TIAs are often used, along with active TEC cooling (powered by a downhole generated) to keep junction temperatures below 175°C Goldraminters.
• (أ) نظام مراقبة محركات التربين يستخدم أجهزة استشعار بصرية الألياف لقياس درجة الحرارة والضغط داخل محركات المحركات، ويجب أن يتساهل جهاز الاستقبال البصري مع 200 درجة مئوية من المسامير العابرة وعملية مستمرة تبلغ 125 درجة مئوية، ويشمل جهاز الاستقبال مساراً زائداً من درجة حرارة الأنيسول الخماسي (D.D.I) ونموذجاً من حيث القدرة على التحكم في الطاقة (R.60).

خاتمة

ويتطلب تصميم أجهزة استقبال بصرية للبيئات الصناعية العالية التمرين نهجاً شاملاً يلمس كل قطعة من سلسلة الإشارات - من مواد مبيدات الفوتوغرافية والتغليف إلى طب الطبويات، والإدارة الحرارية، ومنهجية التحقق، وتبدأ أنجح التصميمات بمكونات تُحسب لدرجات الحرارة القصوى المتوقعة (بالإضافة إلى هامش التحلل)، ثم تعزز النظام مع انتشار حراري، وتقلبات في درجات الحرارة، وثبات التلقائية.

ومن خلال الاستثمار في اختيار المواد القوي، والإدارة الحرارية الإبداعية، والتثبت الدقيق، يمكن للمهندسين أن يقدموا أجهزة استقبال بصرية تعمل بلا عيب لسنوات في أكثر البيئات الصناعية معاقبة، وتتوفر التكنولوجيا اليوم لبناء وصلات اتصال لا تكون عالية السرعة وموثوقة فحسب، بل أيضا محصنة للمتطرفات الحرارية التي تعطل الإلكترونيات التقليدية.

For further reading on high —timeerature photodetector options, consult Hamamatsu Photonics’ technical notes on InGaAs PIN photodiodes. For thermal interface material selection guidance, see CUI Devices’ comparison of TIM4