Некоторым любителям спорта нужно знать изменения высоты по отношению к начальному уровню. Небольшой легкий портативный высотомер легко сконструировать с использованием современных микромашинных датчиков давления. Инвертирование выходной характеристики датчика и компенсация нелинейностей изменения атмосферного давления относительно высоты позволяют получить достаточно точный высотомер.
На Рисунке 1 показан небольшой портативный высотомер на основе микромашинного датчика давления. В схеме используется обратная зависимость между давлением воздуха и высотой. Цель разработки этой схемы заключалась в том, чтобы сделать ее компактной, легкой и портативной. Точность не имеет первостепенного значения; ошибки до 3%, что соответствует погрешности в 300 футов на высоте 10,000 футов, вполне допустимы. Быстродействие этой схемы также не критично; экстремальные изменения высоты, происходящие за миллисекунды, могут оказаться фатальными для любого, кто попытается прочитать результат.
 | ||
| Рисунок 1. | Для получения достаточно точных измерений высоты схема преобразования сигнала инвертирует выходную характеристику микромашинного датчика давления и компенсирует нелинейности изменений давления воздуха относительно высоты. | |
Сердце высотомера – это датчик давления NPC-1220-015-A-3L. Этот 5-килоомный мост обеспечивает выходное напряжение от 0 до 50 мВ в диапазоне давлений от 0 до 15 фунтов на квадратный дюйм (1.02 атм). Для питания датчика и схемы преобразования сигнала используется микросхема IC1 микромощного DC/DC регулятора, преобразующая напряжение одной батареи AA в 5 В, а также зарядовый насос, вырабатывающий напряжение –5 В.
Выход датчика подключен к инструментальному усилителю IC2, имеющему начальный коэффициент усиления, равный 21. Нелинейный каскад усиления, состоящий из микросхемы IC3B и связанных с ней компонентов, инвертирует выходную характеристику измерительного прибора, чтобы обеспечить напряжение, обратно пропорциональное давлению воздуха. Диод D4 и резистор R1 вносят нелинейность в коэффициент усиления, и результирующий выходной сигнал прямо пропорционален высоте.
Подстроечный резистор R2 служит для калибровки усиления схемы преобразования сигнала. Этот потенциометр позволяет компенсировать любой производственный разброс номиналов компонентов и установить шкалу измерений, при которой выходной сигнал высотомера изменяется на 100 мВ на каждые 1000 футов высоты. Схема имеет некоторое начальное смещение, а также смещение, определяемое изменениями барометрического давления. Убрать это смещение и установить масштаб, при котором диапазону высот от 0 до 10,000 футов соответствует диапазон выходных напряжений от 0 до 1 В, можно с помощью резисторов R3 - R5.
Тестирование высотомера проводилось с помощью самолета DHC-6 Twin Otter компании de Havilland, использовавшегося для подъема на высоту 13,000 футов парашютиста-испытателя с прибором, совершавшего свободное падение до высоты 3000 футов, на которой раскрывался парашют Icarus Omega 190. Аренда самолетов для тестирования доступна во многих местных аэропортах. Перед проведением испытаний такого рода настоятельно рекомендуется пройти подробный инструктаж по использованию парашюта и затяжным прыжкам.