7. Не преодолевайте трудностей там, где их можно обойти!

Как правильно отметил еще Уинстон Черчилль,  русские с энтузиазмом преодолевают трудности, которые они сами себе создают.  К сожалению, это верно для всех инженеров вообще,  и не только русских, но и всех других наций и народностей. Это же в полной мере относится и к многочисленным разработчикам преобразователей сигналов.

Эти преобразователи нужны для того, чтобы преобразовывать сигналы из одного вида в другой вид, например,  напряжение постоянного тока в частоту,  временной интервал в напряжение или угла поворота вала в цифровой код. В общем, чего-то одного во что-то другое. Преобразователи сигналов являются неотъемлемой частью всех современных технических систем. Всевозможные измерительные устройства, которых на свете существует очень много,  тоже являются преобразователями сигналов.  И ко всем этим преобразователям и измерительным устройствам  предъявляются очень жесткие требования в отношении точности преобразования сигналов.

Почему без преобразователей сигналов современная техника не может обойтись?  Все дело в том, что сложные технические системы управления – это, как правило, электрические устройства.  И вычислители в них электрические, и индикаторы, и пульты управления,  и даже большинство исполнительных механизмов. Даже если  исполнительный механизм гидравлический, то все равно для управления  в нем  стоит какой-нибудь клапан с электрическим управлением. Электричество гораздо удобнее, чем, например, гидравлика,  в которой вечно что-нибудь подтекает.  Передавать электрические сигналы по проводам удобнее,  чем  перекачивать  жидкость или воздух по трубам. Да и быстродействие несоизмеримо,  и точности обеспечивать легче.  Короче говоря,  мы живем в век электричества,  и все системы у нас поголовно электрические.

И все было бы хорошо, если бы природа, окружающая нас, тоже была электрической. Но она почему-то другая. Все физичес-кие параметры, величины которых приходится учитывать при управлении объектами  и  технологическими процессами, вовсе не электрические.  Это перемещения  и углы поворота валов, это давления и температуры,  частоты  и  временные интервалы  и т.п.  А информацию  об этих параметрах  надо вводить в электрические вычислители, индикаторы  и исполнительные устройства,  которые сами по себе не могут воспринимать ни перемещений, ни углов поворота валов, ни давлений,  ни температур.  Вот и приходится преобразовывать сигналы из одного вида – неэлектрического  в другой вид – электрический.

Таких преобразователей развелось превеликое множество. Каждый разработчик аппаратуры  считает своей обязанностью придумать что-нибудь оригинальное, потому что иначе, зачем его учили? Автор в этом плане вовсе не являлся исключением.  И поэтому только преобразователей угла поворота вала в код в свое время было создано столько, что из них можно было составить отдельную выставку. Эта выставка, состоявшаяся в 1962 году,  занимала в нашем корпусе  обе  стенки коридора,  но там была выставлена лишь малая часть преобразователей,  потому что если бы собрать их все, то коридор этот протянулся бы через весь экватор, а может быть, и до Луны. 

Но даже из того,  что было представлено,  было  видно, что далеко не все преобразователи хороши, а прямо скажем, большинство из них было дрянью и никуда не годилось. Например, один из преобразователей, разработанный одной уважаемой фирмой,  расположенной  на  Кутузовском проспекте, был предназначен для преобразования  угла поворота гироскопа  в цифровой код.  Все бы хорошо,  но он имел диаметр 230 мм, толщину 120 мм, передача выходного сигнала осуществлялась по 24 проводам, которые надо было проводить через подвижные соединения,  требовал 50 Вт питания,  весил 8,3 кг  и  стоил около миллиона рублей.  А преобразовывал сигнал всего в пределах 120 градусов.  Момент трогания  у него был такой, что требовал усилий не одного,  а ста или тысячи гироскопов. Но я его выставил все равно, чтобы люди видели, что могут сотворить научные работники, если им хорошо платят.  Тогда я вполне  добился  желаемого: люди подходили к этому преобразователю, брали его в руки, вертели и качали головами: «Ну и ну!»

Но на каждом самолете  нужно преобразовывать много углов и, причем на полном обороте, а вовсе не в пределах его части. Преобразователи должны быть просты, малогабаритны, надежны,  точны и иметь малое количество токосъемных проводов. А поэтому все предложения, подобные описанному, не годятся.

Поскольку  вариантов построения пребразователей  может быть  сколько угодно,  то прежде чем браться за их создание, надо бы выяснить: а) какие требования к преобразователю надо предъявлять  с учетом особенностей его применения  и  б) на каких принципах  его целесообразно строить. 

После того как автор провел  подобный анализ,  оказалось, что далеко не все принципы целесообразно использовать для преобразования сигналов. Отпали всевозможные преобразовате-ли, использующие кодовые маски,  основанные на кулачковом, индуктивном, индукционном, емкостном, магнитном, фотоэлектрическом и т. д., и т. п. методах,  так как при нашей технологии они получаются громоздкими и неудобными. И остался один тип преобразователей, основанный на промежуточном преобразова-нии угла в напряжение,  которое затем уже преобразуется в код. А самым подходящим типом устройства, устанавливаемым на вал,  угол которого  надо преобразовывать, оказался СКТ – синусно-косинусный вращающийся трансформатор. Но далее выяснилось,  что СКТ можно использовать двумя способами – в режиме фазовращателя  и в режиме амплитудного преобразования. И эти два способа преобразования угла поворота вала в код  разделили всех преобразовательщиков на два непримиримых лагеря.

Судовики и ракетчики двинулись фазовым путем.  Их соблазнила простота преобразования:  заполнив импульсами интервал между опорным и фазовым напряжениями на выходе фазовращателя и сосчитав эти импульсы, они получали код. Но беда в том,  что на саму  выходную фазу сигнала,  которая несет в себе  полезную информацию,  влияет не только угол поворота вала, но и температура, и содержание высших гармоник в питающем напряжении.  А это значит,  что  простая вначале схема начинает обрастать всевозможными дополнениями – температурными компенсаторами,  фильтрами  и  много чем еще. 

Борьба, которую пришлось вести и судовикам, и ракетчикам  за повышение точности фазовращательных схем,  оказалась чрезвычайно тяжелой.  Но нет таких трудностей, которые  нельзя было бы преодолеть.  И  разработчики  фазовых преобразова-телей по праву гордятся тем, что они героически все преодолели.  Они проделали гигантскую работу и добились успеха. Честь им и слава. Ура!

А мы в авиации пошли другим путем.  Мы испугались всех этих дополнений,  а главное, нам нужны были простые решения, которые могли бы стать дешевыми и массовыми. И в нашей среде разработчиков авиационного бортового оборудования – нашелся человек, который по-иному подошел к решению вопроса. Это был Яков Михайлович Великсон, инженер одного из ленинградских предприятий. Он  предложил способ ампли-тудного преобразования,  в котором амплитуды синусного  и косинусного напряжений через мостовую схему взаимно уравновешивали друг друга. И сразу же отпала  необходимость в температурной компенсации, поскольку оба напряжения искажались одинаково. Заодно отпала необходимость  в фильтрации гармоник. А попутно выяснилось, что схема амплитудного уравновешивания  при всех равных условиях дает три дополнительных разряда кода, что эквивалентно повышению точности в восемь раз  по сравнению с фазовыми преобразователями. И никаких трудностей преодолевать не надо.

И мы пошли этим путем,  хотя нам со всех сторон кивали на фазовиков. А теперь, когда амплитудный метод в авиации широко внедрен, и ни у кого из нас давно уже  нет никаких сомнений в том, что только так и надо делать, мы тоже начали гордиться.  Однако не тем, что мы преодолели созданные фазовым методом трудности,  а тем,  что счастливо  их избежали. И даже порекомендовали использовать амплитудный метод в других условиях, например, в радиоастрономическом телескопе Академии Наук, где так и поступили.

Однако мне представляется, что привычка – вторая натура. Потому что кроме авиационной промышленности и еще вот РАТАНа – того самого телескопа – амплитудный метод  так и не  дошел  до широкой массы преобразовательщиков.  А зря. Пришли бы к нам, посмотрели бы, что-ли, так ведь не идут!

Из всего изложенного вытекает простая мораль: в каждом деле надо выбирать такие принципы, которые исключают необходимость преодоления ненужных трудностей.  И хотя Уинстон Черчилль тоже имел отдельные недостатки, – он просвистал  всю свою Британскую империю,  кое в чем он был прав: не надо городить трудностей для того, чтобы потом с энтузиазмом их преодолевать.