Разработан сложный комплекс оборудования для анализа состава нефти и нефтепродуктов методом ядерно-магнитного резонанса для размещения во взрывоопасной зоне. Вся аппаратура размещена в двух взрывозащищённых корпусах и работает под управлением промышленного компьютера. Основная часть оборудования спроектирована в виде легкозаменяемых модулей, расположенных внутри герметичного корпуса. Необходимость работы во взрывоопасной зоне накладывает ограничения на температуру корпуса прибора, в то же время повышение надёжности оборудования исключает использование устройств охлаждения на основе вентиляторов. Кроме того, в одном из корпусов размещается магнитная система, от стабильности уровня магнитного поля которой зависят характеристики прибора. Уровень поля находится в непосредственной зависимости от температуры среды. Таким образом, проблема уменьшения тепловыделения стояла очень остро, при невозможности уменьшать её стандартными методами. Решить задачу удалось применением управления питанием отдельных узлов и импульсного режима в усилителях мощности.
В ходе проектирования устройства было разработано более 10 плат различного уровня сложности.
Ключевая плата – аналоговый процессор, потребовала трассировки в шести слоях и двустороннего монтажа. Основная трудность при её проектировании – необходимость совмещения на ограниченной площади высокочувствительных аналоговых и цифровых цепей. Устройства включает в себя широкодиапазонный приёмник с вдвойным преобразованием частоты, прецизионный АЦП, многоканальный синтезатор синусоидальных сигналов и микроконтроллера управляющего АЦП, статической памятью и USB драйвером.
Алгоритм работы устройства требует высокой стабильности и чёткой синфазности сигналов всех задающих синусоидальных генераторов. Высокая разрешающая способность прибора может быть достигнута только благодаря накоплению результатов нескольких повторных измерений, для чего необходимо достичь максимальной повторяемости импульсной последовательности цифровых управляющих сигналов.
При этом центральный микроконтроллер управляет широким классом приборов с разнотипными интерфейсами. АЦП, память, USB контроллер, цифровой синтезатор, фазовый детектор, аттенюаторы, коммутаторы ВЧ сигналов. Плюс к этому, учитывая сложность ПО, необходимо было обеспечить возможность дистанционной перепрошивки микрокода. Основные проблемы схемотехники и трассировки – большое тепловыделение модулей усилителей ВЧ колебаний, необходимость развязки высокочувствительных аналоговых и цифровых цепей, а так же минимизация помех, вызванных применением импульсного источника питания.
Размещение большого количества оборудования в ограниченном пространстве взрывозащищенных корпусов, имеющих к тому же сложную конфигурацию, поставило большое количество конструкторских проблем. Успешное их решение в короткие сроки было достигнуто применением современной системы трёхмерной графики – SolidWorks.
Данная система позволяет практически исключить ошибки проектирования, легко вносить доработки и быстро создавать пакет необходимой конструкторской документации. При этом не вызывает трудностей конвертирование чертежей в распространённый формат САПР “Автокад”.
