УДК 621.3

Н.Є. Гоц, к.т.н., доц.; Т.Пянтковскі к.т.н., доц. КРИТЕРІЇ ВИБОРУ ПРИЙМАЧІВ ІНФРАЧЕРВОНОГО ВИПРОМІНЕННЯ

В статті розглядаються параметри сучасних приймачів інфрачервого випромінення, що

використовуються в пірометрії, сформульовані основні критерії їх вибору для реалізації багато спектральних методів вимірювання температури за випроміненням

Ключові слова: вимірювання температури, пірометр, приймач випромінення

В остатні роки розширилося застосування пірометрів випромінення в різних галузях

промисловості. Одним з чинників цього є значне покращення їх метрологічних параметрів, зростання точності та швидкодії вимірювання, зручності та низьким цінам. Це спричинено головним чином завдяки використанню сучасних приймачів випромінення виготовлених на основі гібридних та MEMS технологій, представлених в таблиці 1.

Таблиця 1. Приймачі випромінення, які використовуються в пірометрах

Типи ПВ Матеріал приймача

інфрачервого випромінення Термобатареї Bi-Sb, Si-Al

Теплові Піроелектричні LiTa, PbZT

Фотодіод Si Фотодіод InGaAs

Фотодіод Ge Фотодіод InAs

Фотоелектричні

Фоторезистор PbS, PbSe

Вибір приймача випромінення завжди відбувався в залежності від таких метрологічних характеристик, як температурний діапазон вимірювання та виявна здатність D*. На сьогоднішній день в пірометрії широко впроваджуються багатоспектральні методи, які дозволяють значно підвищити точність вимірювання температури за випроміненням. Тому вибір приймача випроміненя вже не може базуватися лише на цих характеристиках. Основними вимогами при виборі сучасних приймачів випромінення є наступні: можливість реалізації декількох спектральних каналів, високі значення відношення сигналу до шуму; відсутність охолодження приймача випромінення; можливість реалізації одночасно декількох методів пірометрії.

Авторами запропоновано критерії вибору приймачів випромінення для реалізації багато спектральних методів вимірювання температури за випроміненням:

критерії вибору робочого температурного діапазону; критерії вибору ширини та розташування робочих спектральних каналів; критерій вибору ефективних довжин хвиль спектральних каналів приймача випромінення; критерій вибору відношення сигнал/шум при заданому значенні похибки вимірювання температури.

60

УДК 621.385.832.002

О.В. Осадчук, д.т.н., проф.; Р.В. Криночкін, аспірант ОСОБЛИВОСТІ МОДЕЛЮВАННЯ ЄМНІСНИХ ЧАСТОТНИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ ТОВЩИНИ У СЕРЕДОВИЩІ MAPLE

В роботі запропоновано метод моделювання частотних перетворювачів товщини в середовищі

Maple. Показано приклад моделювання для конкретної схеми перетворювача. В работе предложен метод моделирования частотных преобразователей толщины в среде Maple.

Показан пример моделирования для конкретной схемы преобразователя. This paper presents a method for simulating frequency converters of the thickness in the Maple

environment. The example of a model for a specific converter circuit is shown. Ключові слова: частотні перетворювачі, вимірювання товщини Перспективність розробки нових високоточних вимірювачів товщини матеріалів та покриттів

зумовлена надзвичайно широкою сферою використання таких пристроїв (наприклад, виробництво полімерних матеріалів, паперово-целюлозна промисловість, лакування та фарбування, виготовлення компонентів гібридних та інтегральних МС, деталей РЕА тощо). Для досягнення високих метрологічних результатів у даній області, перспективною є розробка таких вимірювачів на основі частотних перетворювачів з від’ємним опором (ЧПВО).

Відомий метод створення моделей та розрахунку частотних перетворювачів за допомогою застосування рівнянь Кірхгофа, для знаходження еквівалентної ємності контуру, з наступною підстановкою у формулу Томпсона, для знаходження частоти генерації. Проте даний підхід має і певні недоліки, зокрема неможливість моделювати і спостерігати форму отримуваних коливань та обраховувати нелінійні спотворення, що з нею пов’язані, складність моделювання багатогармонікових генераторів тощо.

Автори пропонують до використання більш оптимальний метод моделювання частотно-часових пристроїв у часовому ж домені, за допомогою методу змінних стану. В результаті ми отримуємо систему в максимально компактній та раціональній формі: число рівнянь дорівнює порядку кола і всі рівняння мають перший порядок. Покажемо, як приклад, моделювання однієї з реалізацій ємнісного частотного вимірювача, еквівалентна схема та динамічна математична модель якого, наведені на рисунку. Розв’язання цієї моделі дозволить знайти значення напруги або струму у будь-якій точці кола в будь-який заданий момент часу. Зауважимо, що більшість активних та реактивних елементів схеми є нелінійними, що, для отримання адекватного результату, також враховується при обчисленні моделі. Розрахунок даної моделі в середовищі Maple показує, що на виході схеми дійсно будуть існувати періодичні коливання, частота яких залежить від значення підключеної вимірювальної ємності.

61

УДК 621.317.73

Є.В. Походило, д.т.н., проф.; Н.В.Мартинович, аспірант КОНТРОЛЬ ТВЕРДОСТІ ПИТНОЇ ВОДИ ЗА ПАРАМЕТРАМИ АДМІТАНСУ

Пропонується контролювати твердість питної води за параметрами комплексної

провідності (адмітансу) двополюсника, яким вона подається в електричному колі змінного струму. Досліджено залежності активної та реактивної складових адмітансу від концентрації окремих компонентів у воді, зокрема кальцію та магнію.

Ключові слова: твердість води, адмітанс, імітанс, комплексна провідність.

Ключевые слова: жёсткость воды, адмитанс, имитанс, комплексная проводимость.

Keywords: hardness of water, admitans, imitans, complex conductivity, conductometry method.

Твердість води, що не відповідає встановленим та передбачуваним нормам зумовлює

несприятливий вплив на здоров’я та санітарно-побутові умови життя населення. Тому санітарно-хімічний контроль повинен бути періодичним, своєчасним та об’єктивним. Сьогодні це потребує великих часових затрат, людських ресурсів, дорогого обладнання. Тому актуальним є розвиток інструментальних методів дослідження, які забезпечать безперервний та автоматизований контроль якості води, що надходить до споживачів централізованими системами водопостачання. Основним апробованим методом на сьогоднішній день, який має промислову реалізацію, є кондуктометричний метод [1]. Імітансний метод контролю передбачає вимірювання активної та реактивної складових адмітансу аналогічної комірки [2].

Авторами проведено дослідження зміни реактивної та активної складових адмітансу комірки з водою в залежності від концентрації у ній солей твердості, зокрема кальцію та магнію.

Вимірювання складових адмітансу кондуктометричної двоелектродної комірки здійснювалися вимірювачем імітансу в діапазоні частот 100 Гц – 100к Гц. Температура досліджуваного розчину – 22 ± 0,5 °С. Отримано графічні залежності складових від концентрації магнію та кальцію.

Аналіз залежностей показує, що чутливість за активними складовими від концентрації із зростанням частоти зростає, а чутливість за реактивною-зменшується із збільшенням частоти. Стосується це як концентрації кальцію, так і концентрації магнію. Причому залежність чутливості за реактивною складовою для магнію із зростанням частоти від 1кГц до 10кГц зменшується у 20 разів, для кальцію – на порядок. При цьому чутливості за активними складовими змінюються у такому ж частотному діапазоні у два рази.

За результатамианалізу можна формувати вимоги до вимірювального засобу щодо вибору частоти тестового сигналу, вибору інформативного параметра та необхідної чутливості.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. Лопатин Б.А. Теоретические основы электрохимических методов анализа. Учеб. Пособие для ун-тов / Б. А. Лопатин – М. : Высшая школа, 1975. – 295 с 2. Походило Є.В., Столярчук П.Г. Імітансний контроль якості продукції. // Вісник НУ “Львівська політехніка”.- 2002.- №445. - С. 46-51.

62

УДК 536.53

О.В. Тимчук, аспірант, Ю.В. Яцук, к.т.н., асистент АНАЛІЗ МЕТРОЛОГІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЦИФРОВИХ ТЕРМОМЕТРІВ З

НАПІВПРОВІДНИКОВИМИ СЕНСОРАМИ

Традиційно структури цифрових напівпровідникових уніфікованих термометрів реалізуються з модуляцією вимірювальних струмів [1, 2]. Вибирають співвідношення між вимірювальними струмами таким, щоб виконувалось співвідношення: 02 321 IIII . За

умови вибору значення вимірювального струму в діапазоні вимірювання від -100 0С до +200 0С не більшим 1 мА, з похибкою не більшою від 0,1 мВ або 0,05 0С, рівняння вольт-амперної характеристики сенсора, а отже і код Nx цифрового термометра знайдемо за співвідношенням: 031 EUrNN peITAX , (1)

де NA=tITf0; 0E/eITeIT ; ii RRr 12 .

З урахуванням часових співвідношень між спадками напруг на сенсорі під час модуляції вимірювального струму вираз абсолютної похибки можна подати в наступному вигляді:

ДПA

H

ДПITstДОПППAK

ДПHAнkHIIIHH

H

H

x

ДПHAнeITДПrHHH

H

H

xX

krNE

k/eUUUIR

kNrkII

Iln

qE

kT

kNrkII

Iln

qE

kTN

0

2320

11321032

21

0

132

21

0

222

, (2)

де δІ1, δІ2, δІ3, - відносні похибки задання значень струмів, відповідно, І1, І2, І3; δ0, δr, δДП, δk1 - відносні похибки, відповідно, джерела опорної напруги, відношення опорів

інтегрувальних резисторів, диференціального підсилювача та коефіцієнта поділу ПН1. Як показує аналіз співвідношення (2), окрім похибок коефіцієнтів поділу прецизійної

напруги і коефіцієнта підсилення, які на сучасному етапі розвитку мікроелектроніки можуть бути реалізовані дуже точно, і бути стабільними в часі і при зміні умов довкілля, ще й ряд інших складових похибки. Тому, для підвищення точності, часової та температурної стабільності ЦТ слід передбачити автоматичне коригування складових похибки ΔΝХ, або періодичне автоматичне калібрування ЦТ. Результати експериментальних досліджень показали, що під час дослідження серійних транзисторів як сенсорів температури розкид показів ЦТ склав: для 51 екземплярів довільним чином вибраних транзисторів типу КТ315В -2,6 0С≤ΔNх≤+8,4 0С; а для 20 екземплярів транзисторів типу КТ3107Ж відповідно ΔNх≤+0,7 0С. Це свідчить про необхідність детальнішого аналізу конструкції та технології виготовлення серійних транзисторів під час використання їх як температурних сенсорів.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Пат. 59763А (UA). Спосіб вимірювання температури та пристрій для його здійснення // Опубл.15.09.2003.- Бюл.№9. – 5 с.

2. New Method of Dispersion Minimization of Si p-n Junction Temperature Sensors, V.O. Yatsuk, O.Ye. Basalkevych, Yu.V. Yatsuk, A.O. Sachenko. – Proceedings of SAS 2007 – IEEE Sensors Applications Symposium, San Diego, California USA, 6-8 February 2007. P. 1-4.

63

УДК 621.18

В.С. Осадчук, д.т.н., проф.; О.В. Осадчук д.т.н., проф. РАДІОВИМІРЮВАЛЬНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ

МАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ З ЧАСТОТНИМ ВИХОДОМ

Радіовимірювальні перетворювачі з частотним виходом мають ряд переваг перед амплітудними, це полягає у значному підвищенні завадостійкості, що дозволяє збільшити точність виміру, а також у можливості одержання великих вихідних сигналів. Це створює передумови відмови від підсилювальних пристроїв у наступній обробці сигналів. Використання частотного сигналу в якості інформативного дозволяє відмовитися від аналого-цифрових перетворювачів, що підвищує економічність вимірювальної апаратури. Електрична схема перетворювача приведена на рис.1. Вона являє собою гібридну інтегральну схему (HFA3096), що складається з трьох біполярних транзисторів з різними типами провідності, що створює передумови створення автогенераторного пристрою. Коливальний контур пристрою реалізований на основі еквівалентної ємності повного опору на електродах колектор-колектор транзисторів VT1 і VT2 і активної індуктивності на основі транзистора VT3 з фазозсуваючим ланцюжком R7C1.

Рис.1.Електрична схема радіовимірювального

перетворювача магнітної індукції На елемент Холлу, що підключений у ланцюг бази транзистора VT1 і колектора транзистора VT2, діє магнітне поле. Таким чином, величина еквівалентної ємності повного опору на електродах колектор-колектор транзисторів VT1 і VT2, залежить від дії магнітної індукції, що у свою чергу приводить до зміни резонансної частоти автогенератора. Аналітична залежність функції перетворення (рис.2) визначається на основі еквівалентної схеми пристрою. Функція перетворення пристрою являє собою залежність частоти генерації від величини індукції магнітного поля. Аналітична залежність функції перетворення має вигляд

2

1 1 1 1

0 2

1

1

2 2 ( ) ( )

ekv K ekv K

ekv K X X

D L C D L C DF

L C C B R B

2

)

, (1)

де , . 221 1( ) ( ) ( ) ( )X X K X XD R B C B C C B R B 2

2 14 ( ) (ekv K X XD L C C B R B

Рис.2. Залежність частоти генерації від величини магнітної індукції при різних режимах живлення

64

УДК: 621.382

О.В. Осадчук, д.т.н., проф.; А.Ю. Савицький, аспірант ЧАСТОТНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ ВОЛОГОСТІ НА ОСНОВІ

ВОЛОЛОГОЧУТЛИВОГО МДН-ТРАНЗИСТОРА

На сучасному рівні розвитку науки та техніки, перспективним науковим напрямком є розробка та створення первинних перетворювачів вологості, які реалізують принцип перетворення “вологість-частота”, на основі реактивних властивостей напівпровідникових структур з від’ємним опором. Це дозволяє виготовляти перетворювачі за інтегральною технологією, значно підвищити чутливість, розширити діапазон вимірюваних величин, поліпшити надійність і стабільність параметрів. Використання в якості інформативного параметра частоти виключає застосування аналого-цифрових перетворювачів для обробки інформації, що знижує собівартість систем контролю та управління. Первинний перетворювач вологості може бути представлений активним елементом (МДН-транзистором), якщо в якості вологочутливого матеріалу використовувати пористий окис кремнію як один з шарів підзатворного діелектрика, властивості якого в наш час достатньо вичерпно вивчені. Величина діелектричної сталої такого матеріалу є функцією від величини вологості навколишнього середовища: ( )f W , де - електрична проникність шару пористого кремнію,

W - величина вологості навколишнього середовища. В процесі адсорбції і десорбції молекул води, матеріал чутливого елемента змінює свою діелектричну сталу і тим самим змінює ємність, яку утворює керувальний електрод польового транзистора, що збільшує реактивний опір даного транзистора і тим самим впливає на параметри струму, який проходить між стоковою і витоковою областями польового транзистора. Залежність ємності пористого окису кремнію в залежності від величини відносної вологості оточуючого середовища представлено на рис. 1.

ді

Дана ємність, пов‘язана з процесом сорбції вологи з оточуючого газового середовища, викликає зміну частотних властивостей самої МДН-структури, тому сама структура стає вологочутливою. Використання первинних перетворювачів на основі активних елементів дозволяє зменшити паразитні характеристики вимірювальних схем, зменшити активну складову повного опору схеми, що зменшує ступінь затухань сигналу.

Для визначення вологості оточуючого середовища було розроблено вимірювальну схему на основі транзисторних структур з від‘ємним опором з чутливим елементом на основі вологочутливої МДН-структури (рис. 2).

Рис. 1 Залежність ємності від відносної вологості для сенсора на основі пористого кремнію

Рис. 2 Частотний перетворювач вологості на основі

вологочутливого МДН-транзистора

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. Равновесные и неравновесные электодные процессы на пористом кремнии : Письма в ЖТФ /

[Е.А. Тутов, М.Н. Павленко, Е.Е. Тутов, И.В. Протасова, Е.Н. Бормонтов].-2006 - №13, C.6-11. 2. Мікроелектронні сенсори фізичних величин / [З.Ю. Готра, О.М. Мельник, В. Вуйцік, В. Каліта,

Є. Потецькі]. - Львів: Ліга-Прес, 2002. – 422 c. 3. Влияние процессов адсорбции воды на вольт-фарадные характеристики гетероструктур с

пористым кремнием : Письма в ЖТФ / [Е.А. Тутов, М.Н. Павленко, Е.Е. Тутов, И.В. Протасова, Е.Н. Бормонтов]. – 2003 - №11, C. 83-89.

65

УДК 621.3

Є.В. Походило, д.т.н., проф.; Н.Л. Плахтій, аспірант ВИМІРЮВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ЧОТИРИЕЛЕМЕНТНИХ ДВОПОЛЮСНИКІВ

Імітансний контроль якості продукції передбачає порівняння параметрів імітансу

багатоелементних двополюсників, якими подаються контрольована продукція та її базовий зразок в колах змінного струму [1]. Якщо схеми заміщення таких двополюсників невідомі, то порівнюють відповідні складові імітансу на фіксованих частотах, а при відомих - порівнюють значення відповідних елементів двополюсників [2]. Практична реалізація останнього потребує до здійснення операції порівняння спочатку визначення всіх елементів схеми. Для цього використовують відомий спосіб вимірювання багатовимірних об’єктів, за яким здійснюють вимірювання імітансу на декількох частотах [3]. Вимірювання параметрів -елементного двополюсника вимагає частот тестового сигналу у разі використання імітансу як

інформативного параметру чи

nn

2

n частот – у разі використання як інформативних параметрів

активної та реактивної складових імітансу [4]. Тобто, для визначення параметрів чотириелементного двополюсника, наприклад, а саме такою схемою подається багато об’єктів неелектричної природи, у кращому випадку необхідно використовувати тестовий сигнал двох частот. Це, відповідно, ускладнює вимірювальний засіб, а також вимірювання параметрів здійснюється під дією різночастотного сигналу, що для об’єктів неелектричної природи іноді буває недопустимим.

Авторами запропоновано спосіб визначеня елементів чотириелементного двополюсника з використанням одночастотного тестового сигналу синусоїдальної форми. Для цього вимірювальне перетворювення складових імітансу на одній частоті та рівні тестового сигналу здійснюється з використанням міри різного характеру. Наводиться структурна схема вимірювального засобу реалізації способу, за якою спочатку вимірюється активна та реактивна складові імітансу чотириелементного двополюсника при активній мірі, а потім – при реактивній. Таким чином отримується чотири рівняння, що зв’язують параметри схеми з результатами вимірювань. Розв’язування таких рівняннь дає значення всіх елементів схеми.

Стосується таке технічне рішення чотириелементних двополюсників як ємнісного, так і індуктивного характеру. При цьому забезпечується інваріантність результатів вмірювання від рівня та частоти тестового сигналу.

Запропонований спосіб визначення параметрів елементів чотириелементного двополюсника забезпечує однакові умови вимірювальної операції щодо об’єкта вимірювання, а саме змін параметрів його схеми заміщення від частоти. Окрім цього на одній частоті тестового сигналу забезпечується однаковий вплив неінформативних параметрів, зумовлених під’єднанням об’єкта контролю, спрощуються вимоги до пристроїв вектрного та вектор-скалярного перетворюворення «імітансу-напруга», забезпечуються при цьому однакові динамічні похибки.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1.Походило Є.В. Об’єкти імітансних вимірювань в кваліметрії // Вимірювальна техніка та метрологія. – 2002. - Вип. 61 –С. 47-53.

2. Походило Є.В., Столярчук П.Г. Імітансний контроль якості продукції. // Вісник НУ “Львівська політехніка”.- 2002.- №445. - С. 46-51.

3. Кнеллер В.Ю., Боровских Л.П. Определение параметров многоэлементных двухполюсников. – М.:Энергоатомиздат, 1986.-144 с.

4.Походило Є.В. Розвиток теорії та принципів побудови засобів вимірювання імітансу об’єктів кваліметрії: Автореф. дис… д-ра техн. наук: 05.11.05 / Національний ун-т “Львівська політехніка”. Львів, 2004. - 40с.

66

УДК 681.327.12

М.М.Биков, к.т.н., проф.; В.В.Ковтун, к.т.н., доц.; Н.Г.Савінова, аспірант ОЦІНЮВАННЯ МЕТРОЛОГІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНОЇ СИСТЕМИ АВТОМАТИЗОВАНОГО РОЗПІЗНАВАННЯ

ГОЛОСІВ

Якість роботи інформаційно-вимірювальної системи для автоматизованого розпізнавання голосів (ІВС АРГ) оцінюється, здебільшого, достовірність правильного розпізнавання, на величину якої окрім факторів, пов’язаних із недосконалістю ознакового опису мовних сигналів та методів прийняття рішень, впливають завади технічної природи. Більшість з цих завад є невідокремною складовою процесу функціонування складових електроакустичного тракту ІВС АРГ, який складається з таких обов’язкових компонентів, як мікрофон, з’єднувальний кабель, попередній підсилювач та аналого-цифровий перетворювач [1,2].

Таким чином, постає задача дослідження метрологічних характеристик вказаних складових електроакустичного тракту ІВС АРГ, оцінювання їх впливу на якість роботи системи в цілому та формування рекомендацій щодо вибору відповідних складових з врахуванням адаптованого узагальненого функціонально-статистичного критерію.

Для реалізації поставленої задачі було отримано рівняння перетворення вхідної вели вчини (акустичних коливань мембрани конденсаторного мікрофону ) у вихідну величину (бінарний

код , який отримується з виходу аналого-цифрового перетворювача): xN

31

21

2

3

1

1

1

3

1

1

1

1

2

1

1

1

2

RRCC

RC

RC

RC

RC

RR

СR

СRx

d

E

UN

мн

мн

o

n

X

. (1)

На основі рівняння (1) було отримано функцію перетворення, яка стала основою для одержання аналітичних залежностей оцінювання таких статичних метрологічних характеристик, як номінальна функція перетворення, чутливість, адитивна і мультиплікативні похибки електроакустичного тракту ІВС АРГ [3].

Аналіз результатів оцінювання статичних метрологічних характеристик електроакустичного тракту ІВС АРГ показав, що адитивна та мультиплікативна складові похибок зменшуються при понижені механічних переміщень мембрани мікрофону.

В роботі були отримані аналітичні залежності для розрахунку сумарної відносної похибки

апаратної частини ІВС для розпізнавання голосу:

%7,05,705,063,0 422222 АЦПппмапІВС . (2)

Приймаючи закон розподілу похибок нормальним (т.я. кількість факторів які впливають на апаратну частину ІВС для розпізнавання голосу більше 5), в роботі розраховано загальне СКВ відносної похибки апаратної частини ІВС для розпізнавання голосу:

%.364,0103,4029,0364,0 422222 АЦПппмапІВС (3)

Розраховані значення СКВ похибки електроакустичного тракту ІВС АРГ становить 0,364%. Сумарна відносна похибка не перевищує 0,7%. Таким чином, можна стверджувати, що апаратна частина не спричиняє значного впливу на показники якості роботи ІВС АРГ.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Шебалин О.Д. Физические основы механики и акустики. – М.: Высш. школа, 1981. – 263 с. 2. Гитис Э.И., Пискулов Е.А. Аналого-цифровые преобразователи: учебное пособие для вузов. – М.: Энергоиздат, 1981. – 360 с. 3. Метрологічне забезпечення вимірювань і контролю / [Володарський Є.Т., Кухарчук В.В., Поджаренко В.О., Сердюк Г.Б.]. – Вінниця: Велес, 2001. – 219 с.

67

УДК 621.375; 543.272

В.Ф. Яремчук, к.т.н., доц.; Н.С. Кравчук, к.т.н., доц.; С.М. Смішний, аспірант СЕНСОР КОНЦЕНТРАЦІЇ ГАЗУ НА ОСНОВІ ВОЛОКОННО-ОПТИЧНИХ

СИСТЕМ

Робота представленого волоконно-оптичного сенсора (ВОС) концентрації газу ґрунтується на принципі оптично-абсорбційного методу. Оптично-абсорбційний метод полягає в здатності газів поглинати інфрачервоні промені в суворо визначених для кожного газу ділянках спектру завдяки наявності коливально-обертальних смуг поглинання [1].

Функціональна схема пристрою представлена на рис.1.

4

1 2 7 8

3

2

2

6

6

5

газ

Рис.1. Функціональна схема сенсор концентрації газу на основі волоконно-оптичних систем

(оптично-абсорбційний метод) Джерело 1 інфрачервоного випромінювання з довжиною хвилі, що відповідає спектральній

лінії поглинання газу, створює потік випромінювання Ф0, який надходить на світловод 2, оптичний розгалужувач 3, світловод 4 та вимірювальну кювету 5 (відкритий канал), довжини яких відповідно

2l і . Через вимірювальну кювету 5 (відкритий канал) прокачують газ, що аналізується. Потік Ф0 1lінфрачервоного випромінювання, пройшовши через вимірювальну кювету 5 (відкритий канал) і опорний канал 4 з довжинами , відповідно, ослаблюється до величини потоків і , які 1l 2l 1Ф 2Фпопадають на приймачі 6 інфрачервоного випромінювання, спектральна сприйнятливість яких узгоджена з довжиною хвилі власного поглинання досліджуваного газу, один з яких вбудований у вимірювальну кювету 5 (відкритий канал). Електричний сигнал з виходу приймачів 6 інфрачервоного випромінювання попадає на реєструючий пристрій 7, з якого надходять дані на блок обробки інформації 8. Величина ослабленого потоку випромінювання Фі, що пройшов через вимірювальну кювету (відкритий канал) 5 може бути визначена за законом Бугера-Ламберта-Бера.

Потоки випромінювання 1 і 2 при попаданні інфрачервоного випромінювання відповідно Ф Фна приймачі 6 створюють на їх виходах, пропорційно до ступеня ослаблення потоків, зміну напруг

1 і 2 , яка в свою чергу пропорційна концентрації газу, що аналізується. Формула для U Uвизначення концентрацій газу буде мати вигляд (при незначній довжині волокна):

2

1

111 ln

1

U

U

lCx

,

де - концентрація газу, що аналізується; 1xC 1 - коефіцієнт поглинання газу, що аналізується,

який залежить від ступеня узгодження спектрів поглинання газу, спектральної характеристики джерела інфрачервоного випромінювання і спектральної чутливості приймача інфрачервоного ви-промінювання; 1l - довжина вимірювальної кювети (відкритого каналу); 1U , 2 - зміна напруг Uпри попаданні на приймач потоку випромінювання, що пройшов через вимірювальну кювету (відкритий канал) і опорний канал з довжинами , l відповідно. 1 2l

У випадку використання приладів, які перетворюють зміну інтенсивності випромінювання в частоту електричного сигналу, потоки випромінювання і 2 створюють на їх виходах, 1Ф Ф

пропорційно до ступеня ослаблення потоків, зміну частот 1f і 2f , яка в свою чергу пропорційна концентрації газу, що аналізується.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. Алексеев В.А. Опыт создания переносных многокомпонентных газоанализаторов с

использованием оптического абсорбционного метода / В.А. Алексеев, В.А. Яценко // Радиотехника. -2006. –Вып. 146.– С. 192-197.

68

УДК 631.356.2

Л.М. Покидько, здобувач ВИМІРЮВАННЯ ГЕОМЕТРИЧНИХ РОЗМІРІВ ПРЕЦИЗІЙНИХ ДЕТАЛЕЙ З

ВИКОРИСТАННЯМ ЛАЗЕРНИХ ВИМІРЮВАЛЬНИХ СИСТЕМ

Однією з пріоритетних проблем технологічного розвитку промислової галузі є створення автоматизованих технологічних комплексів для високоточної обробки, діагностики та стандартизації деталей без застосування механічного руйнування з використанням лазера. Для розв’язання цього завдання важливо забезпечити просторове переміщення лазерного променя по криволінійній поверхні деталі. Використання найсучасніших і найнадійніших приладів для контролю, керування і автоматизації виробничих процесів несе в собі невичерпні можливості економії засобів, людських ресурсів і тому може реально сприяти росту добробуту нашої країни.

Для контролю геометричних розмірів деталей традиційно застосовують стаціонарні координатно-вимірювальні машини. Проте їх використання обмежене у зв’язку з невисокою точністю (до 10 мкм). Як вирішення цієї проблеми, використовують вимірювальні роботи-маніпулятори з лазерною головкою. Їх легко переміщати; забезпечувати надзвичайну гнучкість; вони мають розвинене програмове забезпечення, що дозволяє порівняти результати вимірювань з математичною моделлю деталі, розрахувати похибку вимірювання і т. п. Найбільш важливі характеристики вимірювальних роботів-маніпуляторів: швидкість та точність переміщення, мобільність, мають п’ять ступенів свободи.

Сканування великих деталей лазерною головкою є досить трудомістким процесом, оскільки лазерна головка має порівняно невелику область сканування. Проте слід підкреслити, що устаткування для лазерного сканування має відносно невелику вартість і високу мобільність, тобто легко монтується і переноситься. Сканування виконується в єдиній системі координат, що дозволяє уникнути додаткової похибки при поєднанні окремих груп точок. Лазерна головка легко настроюється практично під будь-які типи поверхонь і освітлення.

Для побудови траєкторії руху лазерного променя по поверхні деталі використовують неоднорідні β-сплайни (β-splane), оскільки цим забезпечується швидкість переміщення. Переваги їх використання: точне відтворення конічних перерізів, можливість описати широкий клас кривих сегментами гранично високих степенів, що апроксимують ряд сегментів параметричних сплайнів.

В роботі розглядається використання неоднорідного раціонального β-сплайна для підвищення точності вимірювань. Раціональний β-сплайн задають у вигляді параметричної кривої, тобто деяка функція F(t) повертається в точку на кривій в залежності від параметра t.

Алгоритм обробки результатів вимірювань виконують методом найменших квадратів наступних геометричних об’єктів: пряма в просторі, площина, отвір, вісь і т. д.

Для оцінки точності вимірювальних роботів-маніпуляторів використовують типові геометричні об’єкти-еталони, що виготовлені з високою точністю.

У ієрархічному ланцюзі передачі розмірів, яка починається з еталонної міри метричної розмірності, кінцеві заходи займають ключову позицію. Далі з кожним з контрольних елементів, що підлягають виміру, проводяться наступні серії експериментів, в яких досліджується :

1. Вплив оператора на точність вимірів. 2. Вплив положення КИМ на точність вимірів. 3. Вплив геометричних характеристик деталі на результат вимірів. 4. Вплив на результат вимірів нерівномірності розташування точок на поверхні деталі. 5. Вплив об'єму вимірів на точність оцінки з використанням статистичної поверхні.

Результати всіх експериментів відображаються автоматично у форматі Excel. Значна частина питань, що виникають при геометричному моделюванні завдань

відновлення обмірених поверхонь, пов'язана з підвищенням їх точності з урахуванням економії обчислювальних ресурсів. Нині підвищуються вимоги до поверхонь складних деталей, у тому числі таких, як лопатки компресорів і турбін авіадвигунів, а на промислових підприємствах впроваджуються сучасні координатно-вимірювальні машини. Обмір деталей шляхом сканування широко застосовується на практиці в сучасному виробництві. Саме тому вдосконалення методів рішення завдань відновлення поверхонь являється актуальним.

69

70

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1.Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика / В.Е. Гмурман -

Москва: Высшая школа, 2004. 2. Де Бор К. Практическое руководство по сплайна / К..Де Бор – Москва: Наука, 1983. 3. Якушев А.И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения /

А.И.Якушев – Москва: Машиностроение, 1974.

УДК 621.311.13:621.325.33

В. Ванько, д.т.н., доц., с.н.с.; О. Гаврилюк ВДОСКОНАЛЕННЯ КОНТРОЛЮ ЯКОСТІ ТЮТЮНУ ЗА ДОПОМОГОЮ

ТОМОГРАФІЧНИХ ВИМІРЮВАНЬ Протягом багатьох років в Україні мають місце сприятливі агрокліматичні умови для

вирощування та виробництва тютюнової сировини з хорошими курильними властивостями. Незважаючи на застереження Міністерства охорони здоров’я та певних суспільних організацій, спостерігається постійне зростання споживання всіх видів тютюнових виробів.

Проблема підвищення якості тютюну найперше пов’язана із забезпеченням його споживацьких характеристик: смакових властивостей та аромату диму. Крім того, все більш актуальним вважається не лише максимальне задоволення запитів користувачів, але й гарантія мінімального негативного впливу тютюну на організм курця.

Таким чином, моніторинг якості тютюнової сировини є актуальною проблемою та вимагає постійного розвитку та вдосконалення нормативного, методологічного і технічного забезпечення даної галузі виробництва.

На даний момент чинна нормативна база щодо показників якості (ПЯ) тютюну орієнтує нас на використання фізико-хімічних параметрів речовин, інформація про які отримується за допомогою морально застарілих методів діагностики (в основному хімічних) та відповідних технічних засобів.

Досі застосування електричних методів в основному стосувалось діагностики рівня вологи у тютюновому матеріалі. Наявне раніше вимірювальне устаткування не дозволяло здійснювати контроль навіть сукупного вмісту основних хімічних складових у досліджуваних тютюнових пробах. Тепер з’явились вимірювачі імітансу з хорошими метрологічними характеристиками, котрі працюють у широкому частотному діапазоні. На нашу думку хороші перспективи має застосування таких засобів для томографічних вимірювань та контролю тютюнової сировини.

Авторами розроблено площинний ємнісний перетворювач з чотирма парами послідовно розміщених електродів для проби тютюну вагою 2 г, котрий за допомогою спеціальної вторинної схеми спряження підключався до вимірювача BR 2827 (RLC-метр фірми MCP, Китай). При цьому у діапазоні частот тестових сигналів від 100 Гц до 100 кГц проводились вимірювання

ємності та активних втрат тютюнових проб. Для кожної проби застосування різних

комбінацій чотирьох пар електродів ємнісного давача призвело до отримання 16-и різних результатів вимірювань. Досліджувались проби тютюнів таких сортів: Берлей 46, Берлей 38, Тернопільський 7, Тернопільський перспективний.

xC xD

Виявлено залежності між змінами і та відхиленнями одного з нормованих ПЯ

тютюну для досліджуваних сортів – матеріальністю проби Мт. Проведено дослідження на різних частотах тестового сигналу розкидів значень Мт1,…, Мт16 для цих сортів, що характеризують неоднорідність матеріалу даних тютюнових проб.

xC xD

71

УДК 681.121.852.08

І.В.Ділай, к.т.н., доц.; З.М.Теплюх, д.т.н., с.н.с.; Ю.Б.Гірняк, магістр; О.З.Парнета, магістр

АВТОМАТИЗОВАНИЙ ПЛІВКОВИЙ ВИТРАТОМІР

Плівковий витратомір (ПВ) застосовують в основному в лабораторній практиці (зокрема, в газоаналітичній техніці) для вимірювання малих і мікровитрат різних газів. Проте традиційне виконання ПВ, наприклад з використанням як мірної трубки (МТ) хімічної бюретки, ручного секундоміра і гумового балону з водним розчином мила, не забезпечує достатньої точності вимірювання (навіть на повітрі похибка є на рівні кількох %) і задовільних експлуатаційних характеристик.

Аналіз показує, що потенційні можливості плівкового методу вимірювання є доволі високими і можуть забезпечити створення сучасних автоматичних приладів з діапазоном вимірювання в інтервалі витрат 10-5...4 (10) м3/год і з граничною похибкою не більшою 0,1 % для різних газів (зокрема і хімічно активних). Для реалізації таких можливостей прилад потрібно доукомплектувати засобами стабілізування параметрів, які впливають на процес вимірювання (зокрема температури, тиску, форм плівок), засобами автоматичної реєстрації параметрів, необхідних для розрахунку витрати. Усі елементи і системи ПВ (наприклад склад плівкоутворюючої речовини) повинні відповідати досліджуваному середовищу, інтервалу вимірюваної витрати (наприклад конструкція, форма і розміри МТ). Важливими факторами забезпечення вказаних характеристик приладу є також методика і засоби його градуювання. Оскільки ПВ є приладом періодичної дії, а обладнання додатковими пристроями перетворює його у доволі складний комплекс газових, рідинних, електричних, оптичних і теплових систем, то для автоматизації вимірювань застосована мікропроцесорна система керування роботою приладу.

Визначальним вузлом ПВ, від якого безпосередньо залежить точність, надійність і діапазон вимірювання є мірна трубка з шаром плівкоутворюючого розчину (ПУ) на її внутрішній поверхні і рухомою плівкою рідини, яка індикує потік. У зв’язку з цим МТ у приладі обладнана низкою допоміжних пристроїв і систем, серед яких контроль шару ПУ на внутрішній поверхні МТ, контроль рухомої плівки, генерування плівки регламентованої форми, пристрій регламентованого руйнування плівки на виході МТ і відведення їх залишок, температури, а також оптичні відмітки каліброваного об’єму. Важливим фактором підвищення метрологічних і експлуатаційних характеристик ПВ є вибір ПУ в залежності від контрольованого середовища, оптимізація конструкції МТ, забезпечення умов змочування поверхні МТ, підтримання постійної товщини шару плівкоутворювача на внутрішній поверхні МТ, а також одержання і підтримання рухомої плівки регламентованої форми протягом усього періоду проходження нею МТ. Цій же меті служать також пристрої кола ПУ (генератор плівок, пристрій руйнування і відведення плівкоутворюючої рідини, резервуар з плівкоутворюючою рідиною) і згладжувач імпульсів тиску від об’єкту вимірювань. У вдосконаленому ПВ передбачена система автоматичного вимірювання часу набирання каліброваної дози газу, побудована на основі оптоелектронних пар (джерело випромінювання, фіксатор проходження плівки), які фіксують моменти досягнення рухомою плівкою променів світла між джерелами і відповідними фіксаторами.

Задля усунення впливу температури досліджуваного і оточуючого середовищ у ПВ передбачена система стабілізації температури газу в МТ, основними елементами якої є теплообмінник, давач температури, нагрівальний елемент, вирівнювач температури. Сигнал на ввімкнення-вимкнення нагрівача згідно із заданим законом регулювання надходить від мікроконтролера за програмою, записаною в його пам'ять. Окрім цього для введення корекції у одержане значення витрати вимірюють температуру газового потоку

72

високоточними давачами на вході в МТ і на її виході, а також значення барометричного тиску .

Розроблена на базі RISC-мікроконтролера мікропроцесорна система керування ПВ забезпечує узгоджену роботу всіх його складових, а також оптимальний режим роботи пристрою в цілому і як наслідок – виконання високоточних вимірювань: часу проходження плівкою каліброваного об’єму МТ і параметрів газового потоку, а відтак і визначення значення витрати (об’ємної чи масової) для робочих чи нормальних умов.

73

УДК 621.317

А.В. Садовникова к.т.н., доц.; А.А. Лукашук, аспирант МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА УСТАНОВКИ ОТКЛОНИТЕЛЯ

Важнейшей задачей нефтегазодобывающей промышленности страны на современном

этапе является увеличение добычи запасов углеводородов и сокращение затрат на вскрытие новых месторождений.

При этом все большее значение приобретают использование и освоение месторождений нефти и газа на морских шельфах и восстановление скважин старого фонда. При этом обеспечивается высокая скорость бурения, доступное извлечение труднодоступных месторождений, оптимизация затрат, с целью повышения рентабельности.

При бурении морских скважин, используя метод кустового наклонно-направленного бурения с одной платформы в разные точки коллектора, могут прокладываться до тридцати скважин. Это, помимо требования высокой точности и достоверности измеряемой информации инклинометром, приводит к необходимости учета магнитных помех, создаваемых ранее проложенными обсаженными скважинами. Особенно это существенно на начальном участке бурения.

При восстановлении обсаженных скважин старого фонда из нее прокладывают новую наклонно-направленную скважину. В этом случае начальное положение отклонителя бурового инструмента в заданном направлении осуществляют из предварительно разрушенного специальным инструментом участка обсаженной скважины. На данном участке в начале бурения отклонитель необходимо ориентировать на вертикальном участке относительно магнитного меридиана в условиях влияния магнитной помехи от старой обсаженной скважины. Магнитная помеха в виде постоянной намагниченности от обсаженных скважин неизменна относительно Земли.

В процессе бурения угловое положение отклонителя относительно магнитного меридиана изменяют поворотом всей колонны буровых труб. Таким образом задав начальное положение отклонителя по вертикали, поворачиваем колонну буровых труб в устье скважины на угол ψ. В следствии чего, отклонитель поворачивается на угол ψ´, который находим по сигналам с магниточувствительных преобразователей инклинометра. В условиях влияния магнитных помех от обсаженной скважины угол ψ существенно отличается от угла отклонителя ψ´, т.е. возникает значительная ошибка. Дальше в процессе прокладки направленной скважины удаляясь от места разрушенной скважины, магнитные помехи снижаются и это влияет на точность траектории скважины.

Предлагается метод определения угла установки отклонителя, который основан на проведенных экспериментах. Задавая угол установки отклонителя при влиянии магнитных помех, снимаются показания с магниточувствительных первичных преобразователей инклинометра. Далее вычисляем разность между заданными показаниями и вычисленными с первичных преобразователей, находим ошибку и описываем ее рядом Фурье. Затем находим истинное значение угла установки отклонителя с учетом магнитной помехи. Данный метод определения угла установки отклонителя позволяет точно задавать начальное положение и снизить ошибку до десятых градуса.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Басарыгин Ю.М.Бурение нефтяных и газовых скважин: Учеб. пособие длявузов / Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М - М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 2002. - 632 с. 2. Ковшов Г.Н.,. Приборы контроля пространственной ориентации скважин при бурении / Ковшов Г.Н., Коловертнов Г.Ю. – Уфа: УГНТУ, 2001. - 228 с.

74

УДК 623.4.084.2

Г.М. Ковшов, д. т.н., проф.; Л.И. Живцова, аспирант ПРИМЕНЕНИЕ МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ АКСЕЛЕРОМЕТРОВ ДЛЯ КОНТРОЛЯ

ОРИЕНТАЦИИ СКВАЖИН В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИИ

Широкий спектр технологических задач, связанных с контролем ориентации скважин в процессе бурения требует широкого применения соответствующей датчиковой аппаратуры. Однако в ряде случаев датчики, обладающие необходимыми техническими характеристиками, не могут быть использованы в виду их высокой стоимости или недостаточной точности.

Вопросы улучшения технических характеристик датчиков ориентации, как правило, сводятся к повышению точности измерений и снижению ограничений по режиму эксплуатации.

Контроль ориентации скважин в процессе бурения связан с погрешностями измерения, которые обусловлены влиянием вибрационных и ударных перегрузок, сопровождающих процесс бурения, вариацией температур, напряжения питания, давления, переменные параметры каротажного кабеля.

Применение в качестве датчика контроля ориентации микромеханического акселерометра позволит повысить точность измерения пространственных параметров скважины, уменьшить диаметр скважинного снаряда до 38 - 40 мм.

Таким образом, применение микромеханических акселерометров, для контроля ориентации скважин в процессе бурения является актуальной технической задачей.

В настоящее время в развитии МЕМS технологий прослеживается тенденция конструирования интегральных акселерометров в мультиосевом исполнении. Технология позволяет создавать акселерометры, детектирующие диапазоны полной шкалы в очень широких пределах – от 1 g до 20000 g, статического или динамического ускорения. Такие акселерометры способны выдерживать удары порядка 10000 g/c и работают при температуре 2000 С в блочном исполнении на кремневой подложке, оси чувствительности которых взаимно ортогональны. Также к достоинствам таких датчиков, стоит отнести способность самотестирования, программируемость, малое энергопотребление, большое число поддерживающих интерфейсов, низкую стоимость.

Учитывая избыточность времени, которая обусловлена низкой скоростью изменения измеряемых параметров в процессе бурения, возможно проводить корректировку показаний микромеханических акселерометров, основанную на предварительном исследовании.

В данной работе составлена математическая модель датчика ориентации, на основе микромеханического акселерометра, в которой для повышения точности измерения пространственной ориентации скважины в процессе бурения учтены электрические параметры и перекосы акселерометров.

Вывод При правильном учете свойств и особенностей микромеханических акселерометров

для контроля ориентации в процессе бурения, можно значительно повысить точность измерений.

Предложена математическая модель датчика ориентации на основе микромеханического акселерометра в скалярном и матричном виде, учитывающая электрические параметры и перекосы акселерометров, что позволит в 10…50 раз повысить точность измерения пространственных параметров скважины.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ковшов Г.Н. Инклинометры (Основы теории и проектирования) / Ковшов Г.Н., Алимбеков Р.И., Жибер А.В. – Уфа: Гилем, 1998. – 380с.

75

76

2. Ковшов Г.Н., Приборы контроля пространственной ориентации скважин при бурении / Г.Н. Ковшов, Г.Ю. Коловертнов. - Уфа: УГНТУ, 2001. – 228с.

3. Коновалов С.Ф. Теория виброустойчивости акселерометров / Коновалов С.Ф. – М. : “Машиностроение” 1991. – 272с.

УДК 621. 38

О.В. Осадчук, д.т.н., проф.; В.П. Деундяк, інженер; М.В. Деундяк, студентка ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ОПТИКО-ЧАСТОТНИХ СЕНСОРІВ

ТЕМПЕРАТУРИ

Потреба в швидкому безконтактному вимірюванні температури та контролю над нею невпинно зростає. Основними засобами для задоволення цієї потреби є оптико-електронні прилади для виміру температури, що об’єднують широкий клас пристроїв. Високі технічно-експлуатаційні характеристики оптичних сенсорів температури дозволяють їх використання в різних галузях господарства, науки і техніки.

Requirement in the rapid distance measuring of temperature and control grows incessantly above it. The fixed assets for satisfaction of this necessity are optical electronic devices for measuring temperatures which unite the wide class of devices. High technically operating descriptions of optical sensors of temperature allow their use in different industries of economy, science and technique.

Потребность в быстром бесконтактном контроле и измерении температуры непрерывно растет. Основными средствами для удовлетворения этой потребности являются оптико-электронные приборы для измерения температуры, которые объединяют широкий класс устройств. Высокие технико-эксплуатационные характеристики оптических сенсоров температуры позволяют их применение в разных отраслях хозяйства, науки и техники.

Оптико-частотний температурний сенсор, оптична система, перетворювач оптичного сигналу в частотний, світлофільтр, температура, лінза, дзеркало, обтюратор.

Вимірювальна установка (рисунок 1) окрім сенсора температури містить джерело живлення, джерело подачі наруги керування, джерело температури, частотомір, осцилограф, амперметр, вольтметр, та контролюючий температуру сенсор.

Рис. 1. Блок-схема вимірювальної установки

Вимірювання відбуваються наступним чином. Джерело температури створює відповідну температуру, яка в свою чергу вимірюється контролюючим температуру сенсором для підтвердження точності та визначення похибки вимірювань. В той же час спрацьовує сенсор температури, що її фіксує. Джерело живлення, джерело подачі наруги керування використовуються для забезпечення роботи схеми. Частотомір необхідний для вимірювання частоти на виході сенсора температури, адже вимірювана температура пропорційна частоті. Осцилограф допомагає налаштувати сенсор на необхідну чутливість та контролювати сигнал на його виході. Вольтметр та амперметр потрібні для вимірювання напруги і струму відповідно.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Поскачей А.А. Оптико-електронные системы измерения температуры / А.А. Поскачей, Е.П. Чубаров. – М.:Энергоатомиздат, 1988. – 246 с.

2. В.С. Осадчук. Мікроелектронні сенсри температури з частотним виходом / Осадчук В.С., Осадчук О.В., Кравчук Н.С. – Вінниця: УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2007. – 163 с.

77

УДК 656(1-21):681.5+658.58

Ю. В. Шевчук, аспірант; В.П. Базалицький, студент; М.А. Солонінко, студент

МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ПРИСТРОЮ ДЛЯ ДІАГНОСТУВАННЯ ПРИСКОРЮВАЧА ТРАМВАЯ

Питання розробки методів та засобів для діагностування технічного стану

функціональних вузлів, швидкого пошуку несправностей та їх усунення є актуальними через незадовільний стан обладнання електрорухомого складу та відсутність перспектив до його оновлення. Особливо важливими є питання підвищення надійності функціонування обладнання трамваїв, яке має не лише найбільшу питому вагу відмов в процесі своєї експлуатації, але також такого обладнання одинична відмова, якого може призвести до аварійних ситуацій. Прискорювач є пуско-гальмівним багатосекційним резистором, секції якого багаторазово комутуються в процесі роботи трамвая і саме за рахунок цього він відноситься до ланок системи керування із найбільшою імовірністю відмов. В попередніх роботах шляхом розробки математичної моделі та структури пристрою для діагностування прискорювача автори розв’язують актуальне питання підвищення надійності функціонування трамвая.

Пропонується математична модель пристрою для діагностування пуско-гальмівного реостата трамвая, яка може бути представлена узагальненим цифровим сигналом, що характеризує комбінацію замкнених та розімкнених контактних пальців в залежності від кута повороту ізолюючого ролика у вигляді вектора:

1011 ......)( aaaA i , (1)

де аі – сигнал, який характеризує замкнений або розімкнений стан і-го контактного пальця (по куту повороту ізолюючого ролика, який набуває значень «1» або «0», коли контактний палець замкнений або розімкнений відповідно), - кут повороту ізолюючого ролика прискорювача.

Узагальнений цифровий сигнал, який характеризує комбінацію замкнених та розімкнених контактних пальців в залежності від струму через прискорювач представлена вектором:

tm bbbIB 1011 ......)( , (2)

де bm – сигнал, який характеризує замкнений або розімкнений стан m-го контактного пальця (по струму прискорювача, який набуває значень «1» або «0», замкнений або розімкнений відповідно), І – струм, який проходить через прискорювач.

Аналогічно узагальнений цифровий сигнал, який характеризує комбінацію замкнених або розімкнених контактних пальців в залежності від комбінації замкнених або розімкнених блок-контактних пар Zj, який характеризується вектором визначеним з комутаційної діаграми прискорювача:

tn cccZC 1011 ......)( , (3)

де cn – сигнал який характеризує замкнений або розімкнений стан n-го контактного пальця (відповідно до діаграми комутації, який набуває значень «1» або «0», замкнений або розімкнений відповідно), Z – комбінація замкнених та розімкнених блок-контактних пар.

Узагальнений цифровий сигнал, який характеризує комбінацію замкнених та розімкнених контактних пальців в залежності від напруги, яка подається на електропривод прискорювача:

tk dddUуD 1011 ......)dt( , (4)

де dk – сигнал який характеризує замкнений або розімкнений стан k-го контактного пальця (по напрузі управління приводом прискорювача), який набуває значень «1» або «0», замкнений або розімкнений відповідно).

Рівняння, яке характеризує справний стан прискорювача трамвая із врахуванням усіх параметрів роботи прискорювача має такий вигляд:

. (5) iUуDAZСAIBA )dt()()()()()(

78

79

Висновки. Запропоновано нову, повну математичну модель пристрою для діагностування прискорювача трамвая, яка на відміну від існуючих має розширені можливості діагностування і спроможна врахувати всі параметри функціонування. В подальших дослідженнях планується синтезувати структуру пристрою для діагностування прискорювача трамвая та здійснити його мікропроцесорну реалізацію відповідно до представленої математичної моделі.

УДК 622.267

И. В. Рыжков, к. т. н., доц; А. В. Ужеловский, аспирант К ВОПРОСУ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ БУРОВОГО СНАРЯДА, ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН НА НЕФТЬ И ГАЗ

Вопрос определения положения бурового снаряда является актуальным, поскольку от

точности определения азимутального и зенитного углов положения бурового снаряда зависит эффективность разведочных работ. Для контроля ориентации бурения скважин необходимо учитывать азимутальное, зенитное и визирное отклонение. В качестве первичных преобразователей применяют инклинометры, акселерометры, магниточувствительные преобразователи. Погрешность инклинометрических датчиков, при измерениях в скважинах по азимутальному и визирному углу не должна превышать 0.5%, а по зенитному углу не должна превышать 0.1%. Кроме того, необходимо обратить внимание на то, что указанная погрешность не должна увеличиваться при росте температуры до 120˚С. А как известно, на территории Украины с ростом глубины скважины температура увеличивается в среднем на 60˚С. Следовательно, температурные испытания инклинометров показывают появление значительных погрешностей от температуры, достигающих десятков градусов.

Для избегания температурных дрейфов датчиков рекомендовано использовать алгоритмические методы компенсации температурных погрешностей и применять метод обратной связи. Применяя алгоритмический метод компенсации температурных погрешностей инклинометров можно отметить, что если в скважинной части инклинометрической телесистемы расположить дополнительно датчик температуры, а температурный дрейф первичных датчиков предварительно измерить, то учет величины дрейфа показаний датчиков при известной температуре позволяет вычислить температурую ошибку и откорректировать показания инклинометра. Метод обратной связи рассмотрим на примере кинематической схемы линейного акселерометра с резистором обратной связи.

Рис. 1. Кинематическая схема линейного акселерометра

На рис. 1 представлена схема линейного акселерометра, где: 1-корпус акселерометра;

2- инерционное тело; 3-направляющая ось; 4-бесконтактный датчик линейного перемещения инерционного тела; 5-датчик силы; 6-фазочувствительный усилительобратной связи; хх-ось чувствительности; 7- резистор в цепи обратной связи усилителя.

При горизонтальном положении корпуса 1 инерционное тело находится в нейтральном положении и на выходе датчика перемещения 4 сигнал отсутствует. При наклоне относительно горизонта инерционное тело смещается по оси хх, и на выходе датчика

80

81

перемещения появляется сигнал рассогласования, который усиливается и преобразуется, а затем поступает на датчик силы 5, возвращающий тело 2 в нейтральное положение. При этом напряжение на резисторе 7 обратной связи является выходным сигналом акселерометра, пропорциональным измеряемой проекции вектора ускорения свободного падения на его ось чувствительности.

В настоящей работе было проведено исследование поведения датчиков при изменении температуры и их положения. Экспериментальная установка состояла из трубы диаметром 40 мм, длинной 800 мм, нагревательного элемента с дутьевым вентилятором, которые закреплены на универсальный стенд, дающий возможность провести испытания, изменяя угол наклона всей установки. Предложен алгоритмический способ и способ обратной связи, которые дают возможность учета погрешности при измерении азимутального, зенитного и визирного углов инклинометра от влияния температуры окружающей среды и изменения положения датчика относительно пространственных координат.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Подлесный Н. И., Рубанов В. Г. «Элементы систем автоматического управления и контроля».

2. Ковшов Г.Н. Алимбеков Р. И., Жибер А.В. Инклинометры (Основы теории и проектирования). УФА: Гилем, 1998. – 380 с.

3. Ковшов Г.Н. , Коловенртнов Г. Ю. « Приборы контроля пространственной ориентации скважин при бурении» УФА 2001 - 228 с.

УДК 622.7.092

О.В. Поркуян, д.т.н., доц.; Т.Г. Сотникова, аспирант УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА

ЖЕЛЕЗОРУДНОЙ ПУЛЬПЫ В работе предложен метод контроля гранулометрического состава пульпы на основе ультразвуковых волн Лэмба с учетом флокулообразования при действии магнитного поля. У роботі запропонований метод визначення гранулометричного складу пульпи на основі ультразвукових хвиль Лемба з урахуванням флокулоутворення при дії магнітного поля. In work offered method of control granulometricheskogo composition mashes with an account flokuloobrazovaniya at the action of the magnetic field on the basis of ultrasonic waves of Lemba. Магнитное обогащение, флокулообразование, волны Лэмба, контроль, степень раскрытия минерала.

Реализация политики энергосбережения особенно важна для экономики Украины. Решение

этой задачи возможно путем внедрения энергоэффективных технических средств, технологических и организационно-технических решений, непрерывного контроля качества ведения технологического процесса, а также энергосберегающих методов автоматического управления и регулирования.

Наиболее энергоемким процессом на горнобогатительных комбинатах является измельчение руды. Отсюда вытекает задача оперативного определения и контроля необходимой степени раскрытия минералов железной руды и формирование режимов её измельчения, обеспечивающих эту степень раскрытия при наименьших затратах.

При воздействии магнитного поля на ферромагнитную пульпу, представляющую собой смесь раскрытых частиц ферромагнитного минерала и пустой породы, а также их сростков, вследствие процессов флокуляции происходит изменение гранулометрической характеристики твердой фазы пульпы. При постоянной скорости потока пульпы и фиксированной напряжённости приложенного магнитного поля это изменение характеризует степень раскрытия ферромагнитного минерала.

Следовательно, можно предложить метод контроля степени раскрытия минерала, основанный на измерении размеров флокул при действии магнитного поля.

Предлагаемый в работе метод базируется на зависимости сигнала, формируемого при излучении волн Лэмба в железорудную пульпу от концентрации твердой фазы, гранулометрической характеристики контролируемого материала и его магнитных свойств:

1

22

S

SSS

m

где - логарифмы амплитуд сигналов, которые прошли через исследуемую среду

соответственно под действием магнитного поля и без него, - логарифм амплитуды сигнала, который прошел фиксированное расстояние по стенке сосуда с исследуемой средой.

mSS 22 ,

1S

Таким образом, предложенный метод обеспечивает оперативное измерение и контроль необходимых технологических показателей для осуществления энергосберегающего управления.

82

УДК 621.396

O.В. Осадчук, д.т.н., проф.; А.О. Семенов, к.т.н. МАГНІТОЧУТЛИВИЙ ГЕНЕРАТОР НА ОСНОВІ

ТРАНЗИСТОРНОЇ СТРУКТУРИ З ВІД’ЄМНИМ ОПОРОМ

У сучасних системах радіоавтоматики широкого поширення набули магнітометри, які використовуються у радіотехнічних системах взліту та посадки літальних апаратів, системах позиціювання супутникових антен, радіокомпасах та ін. У народному господарстві магнітометри застосовуються для вимірювання параметрів магнітного поля Землі: напруженості, напрямку та його градієнта. Основними параметрами магнітометрів є їх чутливість і дозволяюча здатність. Ці параметри вимірюються у нанотеслах (нТл), а їх величина залежить від фізичних принципів магнітометричних приладів, які використовуються як первинні перетворювачі. За фізичним принципом дії розрізняють ферозондові, магнітоіндуктивні, на ефекті Хола, магніторезисторні, квантові (протонні) магнітометри.

Конструктивно найбільш простими та надійними в роботі є магнітоіндуктивні датчики, які серійно виготовляються світовими фірмами-виробниками електронних приладів. Фірмою Precision Navigation Inc. (США) розроблений удосконалений варіант магнітоіндуктивного датчика (Magneto-Inductive sensors – MIS), який являє собою релаксаційний LR генератор з лінійною функцією перетворення. Конструктивно датчик містить мікромініатюрну котушку індуктивності з феромагнітним осердям. Котушка має всього одну обмотку і реєструє магнітне поле в напрямку тільки однієї з осей. Зміна напруженості прикладеного магнітного поля, що діє на MIS, призводить до зміни частоти генерованих імпульсних коливань. Основними недоліками таких датчиків є низька чутливість і мала розрізнювальна здатність.

Перспективним шляхом покращення параметрів таких магнітоіндуктивних датчиків є використання транзисторних структур з від’ємним опором. Додатковою перевагою останніх є можливість електричного настроювання параметрів коливального контуру генератора шляхом зміни напруги живлення або керування. Зазначена перевага дозволяє розширити функціональні й сервісні можливості магнітометрів на їх основі.

Електрична схема магніточутливого генератора на основі біполярної транзисторної структури з від’ємним опором подана на рис.1. Прилади активного елементу генератора знаходяться у металевому екрані для зменшення електричних завад. Паралельно котушці індуктивності коливального контуру генератора розташовано феритовий стрижень. Шляхом зміни напруги живлення та керування здійснюється налаштування генератора на носійну частоту потрібного діапазону вимірювання. Кожен рух феритового стрижня призводить до зміни частоти генерації, абсолютне відхилення якої від номінальної залежить від величини напруженості магнітного поля. Експериментальні дослідження показали збільшення розрізнювальної здатності магнітометра на основі запропонованого магніточутливого генератора у 1,98 разів у порівнянні із зазначеним аналогом.

Рисунок 1 – Електрична схема магніточутливого генератора на основі біполярної транзисторної структури з

від’ємним опором

83

УДК 681.3:621.822

А.А. Пушкин, аспирант; А.Г. Плеве, к.т.н., доцент ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАБОРА ИНФОРМАТИВНЫХ КОМПОНЕНТ СПЕКТРА В

ЗАДАЧЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

В работе рассматривается способ анализа сигналов вибрации с целью определения информативного частотного диапазона в задаче диагностики технического состояния.

Вибродиагностика, спектр, нейронные сети, самоорганизующиеся карты Кохонена

Для решения задачи автоматизированной диагностики технического состояния оборудования широко применяется анализ спектральных характеристик сигналов вибрации в характерных точках. При этом от величины нижней и верхней граничных частот спектра анализируемых сигналов, зависит объем вычислений и частота дискретизации сигнала. Поэтому для создания системы диагностики необходимо выделить наиболее информативную частотную область этих сигналов, анализируя которую можно диагностировать состояние оборудования. Для решения этой задачи предлагается подход, состоящий из нескольких этапов.

На первом этапе производят регистрацию сигналов вибрации во время работы оборудования и вычисление спектрограмм реализаций.

На втором этапе производят анализ спектрограмм с помощью нейронной сети типа самоорганизующихся карт Кохонена. С помощью карт Кохонена производится автоматическая классификация (кластеризация) спектров соответствующих различным состояниям оборудования. Для чего на вход карты подавалась обучающая выборка из спектров сигналов, вычисленных на скользящем окне. После обучения сети весовые коэффициенты выходных нейронов соответствуют образам спектров соответствующих различным состояниям [1]. На этих этапах анализируется спектр сигналов соответствующий слуховому диапазону человека 0-20кГц, и после получения образов спектров соответствующих различным состояниям оборудования, с помощью человека (эксперта) проставляются метки образов в терминах технических и технологических ситуаций. Полученная карта Кохонена может служить основой для создания начального Классификатора

На втором этапе производится анализ информативности компонент спектра и минимизируется структура карты Кохонена. В качестве критерия информативности каждой компоненты используется изменение ошибки распознавания тестовой выборки при фиксированном значении компоненты.

N

iii errerr

NxI

1

)(1

)( ,

где N – длина выборки, err и erri ошибка распознавания начальная и при фиксации i-го признака.

При этом в качестве фиксированного значения выбирается среднее значение компоненты для обучающей выборки. Для выбора набора информативных компонент спектра можно использовать один из алгоритмов типа ADD, DEL, ADDEL, DELADD [2].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Пушкин А.А., Плеве А.Г. Нейросетевой анализ спектральных характеристик

виброакустических сигналов в задаче диагностики технического состояния нории. /Наук.пр. ОНАХТ/ – Одеса: 2008. – Вип. 34 – Т.1. – С. 279-282.

2. Загоруйко Н.Г., Кутненко О.А. Методы распознавания, основанные на алгоритме ADDEL. / Сибирский журнал индустриальной математики /–Январь-март, 2004. – Т.VII. – С. 39-47.

84

УДК 628, 519.6

В.В. Липницький, аспірант

ЛІНЕАРИЗАЦІЯ РОБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИЧНИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ

Розглянуте підвищення точності вимірювання освітленості, роздільної здатності пристроїв, лінеаризація показів оптичних перетворювачів, з’ясування умов однозначності показів пристроїв для вимірювання світлового потоку на різних межах вимірювання.

Considered increasing the accuracy of measurement light, resolution devices, linearization hits of optical converters, clarify conditions hits uniqueness devices for measuring the luminous flux of different measurement range.

Рассмотрено повышение точности измерения освещенности, разрешения устройств, линеаризация показов оптических преобразователей, выяснения условий однозначности показов устройств для измерения светового потока на разных пределах измерения.

Ключові слова: фото-ЕРС, фотоелемент, вимірювач струму, струм короткого замикання,

люкс-амперна характеристика. Для вимірювання світлотехнічних величин застосовують люксметри (ЛМ), фотометри,

вимірювачі видимості та інші комплексні вимірювачі тощо. У виробничих умовах для контролю освітленості робочих місць та загальної освітленості приміщень переважно використовують люксметри типів Ю-16, Ю-17, Ю-116, Ю-117 та універсальний портативний цифровий люксметр-яскравомір ТЭС-0693. Робота цих приладів базується на явищі фотоефекту. Світловий потік, потрапляючи на селеновий, германієвий, або кремнієвий фотоелемент (ФЕ), перетворюється на електричну енергію, сила струму якої вимірюється міліамперметром, який нерівномірно проградуйований у люксах (лк).

Проте відомим фотоелектричним ЛМ властиві наступні недоліки: 1. Низька точність вимірювань (для люксметрів Ю-16, Ю-17, Ю-116, Ю-117 основна

похибка складає - ±10%). 2. Розузгодження показів на різних межах унаслідок того, що струм в колі, яке складається

з фотоелемента і магнітоелектричного вимірювача не пропорційний освітленості фотоелемента, оскільки вимірювач має певний кінцевий опір. Пропорційність зберігається лише при опорі вимірювача, рівному нулю. Крім того, при переході з однієї межі вимірювань на іншу, міняється навантаження ФЕ, через що не зберігається ідентичність показів на різних межах. Це призводить до того, що при переході з нижчої межі вимірювань на вищу похибка вимірювань збільшується і зменшується кількість приладів відповідних технічним умовам.

3. Низька експлуатаційна надійність, оскільки ЛМ сильно змінює свою похибку навіть протягом одного року унаслідок зміни внутрішнього опору ФЕ.

Враховуючи сказане можемо запропонувати наступне: Eu Eq I(ru rq ra rp) (1)

Eu-Iru 0 (2) Eq-I(rq ra rp) 0 , (3)

де: Eu – ЕРС вимірюючого фотоелемента; Eq – ЕРС додаткового фотоелемента; ru – внутрішній опір вимірюючого фотоелемента; rq – внутрішній опір додаткового фотоелемента; I - струм в колі, який вимірюється вимірювачем струму; rp - опір вимірювача струму; ra - опір встановленого значення змінного резистора. Аналіз цих рівнянь показує, що вимірювальний фотоелемент працюватиме в режимі КЗ, а

вимірювач струму вимірюватиме струм, який дорівнює струму КЗ вимірювального фотоелемента і пропорційний освітленості на його поверхні. Для нормальної роботи необхідно, щоб додатковий фотоелемент мав струм КЗ більший ніж у вимірювального фотоелемента.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. П.М. Тиходеев «Световые измерения в светотехнике», 1962 г., стр. 210. 2. М.М. Гуторов, Основы светотехники и источники света, М., Энергия, 1968, стр. 145. 3. В.С. Хазанов и др., О погрешности люксметра Ю-16, - ж. «Измерительная техника», 1971, № 3.

85

УДК 621.314.213.08

П.C. Євтух, д.т.н., проф.; С.М. Бабюк, аспірант АЛГОРИТМ АВТОМАТИЧНОЇ КОМПЕНСАЦІЇ МУЛЬТИПЛІКАТИВНОЇ ПОХИБКИ МАСШТАБУЮЧИХ ВИМІРЮВАЛЬНИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ

Обґрунтовано структуру варіантів алгоритму автоматичної компенсації

мультиплікативної похибки у вигляді ітераційної процедури в вимірювальних трансформаторах. Grounded structure of variants of algorithm of automatic indemnification of multiplicative error

as iteration procedure in measuring transformers.. Обоснованно структуру вариантов алгоритма автоматической компенсации

мультипликативной погрешности в виде итерационной процедуры в измерительных трансформаторах.

Ключові слова: первинний вимірювальний перетворювач, похибка, автоматична компенсація, модель, ітерація, алгоритм.

Підвищення точності вимірювання масштабуючих первинних вимірювальних перетворювачів (ПВП) можна досягнути за рахунок компенсації систематичних похибок, процедуру якої здійснюють за допомогою поправок.

В процесі дослідження було зроблено висновок, що можна добитись компенсації мультиплікативної похибки шляхом застосування розрахункової похибки. Скоректоване виміряне значення для п-го кроку ітерації матиме вигляд:

1вихп вих п вих пХ Х Х 1

(1)

Ефективність використання запрограмованого алгоритму оцінюється величиною відносної похибки п після застосування п ітерацій . Для визначення відносної похибки знайдемо вираз,

який отримаємо після застосування кожної ітерації, тобто вирази 1вихХ

, 2вихХ

,… вихпХ

:

2

1

2 2

2

1

1 1 1

1 1

..................................................................................................

1

вих вх Н вх Н вх

вих вх Н вх Н вх

п

вихп вх Н

Х Х К Х К Х

Х Х К Х К Х

Х Х К

2

,

1 ,

.

(2)

Співвідношення для вихпХ

дає вираз для відносної похибки п-го кроку алгоритму (1) у вигляді: 1п

п (3)

Ефективність застосування алгоритму (1) визначають границею, до якої прямує величина

п при збільшення кількості ітерацій, тобто 1lim lim 0п

пп п

(4)

Отже, значення мультиплікативної похибки при збільшенні ітерацій цього алгоритму прямує до нуля. Тому лише застосування алгоритму (1) в процесі автоматичної компенсації мультиплікативної похибки ПВП дає бажаний результат.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Дымков A.M., Кибель В.М. Трансформаторы напряжения. - М.:Энергия, 1975.-200с. 2. П.Євтух, Н.Куземко. Модель характеристики похибки високовольтних вимірювальних трансформаторів напруги. //Вісник ТДТУ.- 2004.- Т.9. -№1-С.107-111.

86

УДК 681.586

О.В. Войцеховська, к.т.н.; М.А. Філинюк, д.т.н., проф.; Д.В. Кудряшов, студент

ІНДУКТИВНИЙ НЕГАСЕНСОР МОСТОВОГО ТИПУ НА L-НЕГАТРОНІ

В сучасних системах автоматики постійно потрібно контролювати різні фізичні величини (температуру, тиск, лінійне переміщення та ін.). Цією задачею займаються різного роду сенсори, які повинні мати високу точність перетворення механічних впливів в електричні сигнали, високу ступінь захисту від впливу зовнішніх факторів та зберігати роботоздатність в широкому діапазоні температур. В наш час високий попит мають індуктивні сенсори, важливим параметром яких є точність вимірювання фізичної величини, тобто чутливість до зміни зовнішнього вхідного фізичного параметру. Підвищити чутливість можна шляхом використання нових багатофункціональних елементів – L-негатронів (приладів, що мають від’ємне значення диференційної індуктивності).

В індуктивних сенсорах, що реалізовані за схемою вимірювального моста, до змінної індуктивності паралельно або послідовно підключається L-негатрон, що збільшує абсолютну та відносну чутливості сенсора. Такі пристрої називаються негасенсорами.

На рис.1а показано принципову схему індуктивного мостового негасенсора з паралельним підключенням схемотехнічного аналога L-негатрона на операційному підсилювачі К140УД8А.

перK

,XL мкГн

3000

2500

2000

1500

1000

400 410 420 430 4500

( ) 150L мкГн

( ) 200L мкГн

( ) 390L мкГн ( ) 450L мкГн

XL

а) б)

Рис. 1а. Принципова схема негасенсора мостового типу на L-негатроні а) та залежності коефіцієнта перетворення від індуктивності

XL .

Коефіцієнт перетворення (абсолютна чутливість) такого негасенсора визначається виразом:

2( )

г2 ( ) 2

L U R

( L (перX X

KL R R L

)). (1)

Графіки залежності коефіцієнта перетворення сенсора-прототипу та негасенсора (при різних значеннях від’ємної індуктивності) від індуктивності

XL подано на рис. 1б. З графіків

видно, що використання L-негатрона значно підвищує абсолютну чутливість сенсора. Для підтвердження отриманих теоретичних положень при проведенні експериментальних досліджень було створено макет, в якому реалізовано одночасно сенсор-прототип та індуктивний негасенсор на L-негатроні. В результаті експерименту було визначено, що максимальна зміна напруги негасенсора(при максимальному наближенні металевого предмета до

XL ) склала 400 мВ, в

той час як для сенсора-прототипа лише 50 мВ. При цьому максимальна відстань, на якій негасенсор реагував на предмет склала 8-9см, при цьому сенсор-прототип починав реагувати на предмет лише на відстані 4,5 см.

Отримані результати дають можливість розширити галузі використання індуктивних сенсорів.

87

УДК 621.3.085

В.Ю.Кучерук, д.т.н., проф.; С.І.Кормановський, к.т.н., доц.; Р.І.Ліщук АВТОМАТИЗАЦІЯ ПРОЦЕСУ ПОВІРКИ АНАЛОГОВИХ ВИМІРЮВАЛЬНИХ

ПРИЛАДІВ

Всі засоби вимірювальної техніки, які використовуються у виробництві, підлягають повірці у відповідних підрозділах Держстандарту України. Переважна більшість цих засобів є аналоговими, і перетворюють певну фізичну величину (тиск, температуру, струм, напругу, потужність та інш.) в кут повороту стрілки індикатора.

На сьогоднішній день постала необхідність автоматизації процесу повірки аналогових засобів вимірювань із подачею зразкових сигналів, вимірюваннями та видачею протоколів повірки. При цьому постає питання автоматизації передачі показів вимірювальних приладів на персональний комп’ютер в реальному часі. Для вирішення цього питання пропонується передавати за допомогою web-камери (цифрової камери, відеодатчика) візуальне зображення шкали вимірювального приладу, що повіряється, на персональний комп’ютер та з використанням методів контурного аналізу зображень [1] визначати кути повороту стрілки до та після подачі зразкового сигналу. Але існує проблема співставлення однакового значення горизонту для цифрової камери та вимірювального приладу.

Для визначення кута повороту стрілки, візьмемо пряму АВ, яка відповідає початковому положенню стрілки (рис 1.). За прямою AB побудуємо іншу систему координат X′OY′. Кут φ – це кут відхилення стрілки від початкового положення, а кут α – полярний кут (рис. 2).

Рис. 1 - Початкове положення стрілки Рис.2 - Визначення кута відхилення Кут φ можна знайти як різницю між розгорнутим та полярним кутами. Кут α знаходимо з

таких рівнянь:

d

yy 12sin

; d

xx 12cos

,

де 212

212 )()( yyxxd – відстань між двома точками. Звідси:

12

12

xx

yytg

;

12

12

xx

yyarctg ;

. Отже, використання додаткової системи координат, пов’язаної із початковим положенням

стрілки, не впливає на горизонт співвідношення цифрової камери та вимірювального приладу.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. Кормановський С.І., Кожем’яко В.П. Око-процесорна обробка та розпізнавання образної інформації за геометричними ознаками. – Вінниця: УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2008. – 160 с.

88

УДК 621.382

В.М.Білилівський, студент; С.Ю.Кравченко, аспірант; Ю.С.Кравченко,к.ф.-м.н., доцент; В .С. Осадчук, д.т.н.,проф. БАГАТОКАНАЛЬНА СИСТЕМА РЕЄСТРАЦІЇ СПЕКТРУ ВИПРОМІНЮВАННЯ НЕРІВНОВАЖНОЇ ПЛАЗМИ

Реєстрація спектру випромінювання нерівноважної плазми є основним елементом системи

емісійно-спектрального контролю процесу плазмохімічного травлення мікроструктур при виготовленні інтегральних мікросхем великого та надвеликого ступеня інтеграції.

З метою підвищення достовірності такого контролю запропоновано використовувати багатоканальні системи реєстрації спектру випромінювання плазми, які б давали можливість отримувати декілька незалежних інформаційних сигналів (в запропонованій схемі це чотири фотоприймача) про хід цільового технологічного процесу шляхом реєстрації спектру власного випромінювання плазми на різних довжинах хвиль з урахуванням всіх фізико-хімічних перетворень, які відбуваються в плазмі під час формування функціонального рельєфного рисунку на робочій поверхні напівпровідникового кристала майбутньої інтегральної мікросхеми.

Запропонована електрична схема системи реєстрації спектру випромінювання нерівноважної плазми (рис. 1) складається з трьох блоків: фотоприймач, блок обробки даних, блок з’єднання реєструючого пристрою з комп’ютером через СОМ-порт.

Рисунок 1- Багатоканальна система реєстрації спектру випромінювання плазми Перший блок складається з з чотирьох незалежних фоторезисторів R1-R4, які реєструють

спектри випромінювання, що протікають в нерівноважній плазмі та фотоперетворювача. Другий блок – це, насамперед, мікроконтолер серії РІС16F877A, який має аналогові входи,

що значно спрощує схему блоку обробки даних. Мікросхема пам’яті М6264Р використовується в якості додаткової оперативної пам’яті. Наявність мікросхеми пам’яті забезпечує спостереження процесів в реальному часі. Інформаційні сигнали, які поступають на входи мікроконтролера, обробляються та передаються на мікросхему перетворювача блоку з’єднання схеми з комп’ютером.

Третій блок представлений схемою перетворювача сигналу на мікросхемі серії МАХ232. На її вході формуються кодові сигнали, які поступають на комп’ютер через СОМ-порт.

Розроблено програмне забезпечення, яке дозволяє візуально спостерігати процеси, що протікають в нерівноважній плазмі.

89

УДК 53.082.4

Г.Н. Ковшов, д.т.н., проф.; Е.А. Пономарева; А.В. Садовникова, к.т.н., доц. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИНЫ

Одним из основных элементов любой системы регулирования и контроля является первичный

преобразователь, назначение которого состоит в восприятии и преобразовании параметра, характеризующего протекание регулируемого процесса.

Применение новых технологий в области автоматизации технологических процессов требует нового подхода к получению и обработке информации от первичных преобразователей.

В качестве первичных преобразователей инклинометров предлагается использовать феррозондовые и механические датчики – индуктивные, резистивные, емкостные, как наиболее простые и надежные, способные работать при высоких положительных температурах. Требование по температуре обусловлено глубиной залегания нефтяных и газовых пластов. На территории Украины основные нефтеносные пласты находятся на глубине 5-6 км. По мере увеличения глубины залегания пласта температура повышается. За основу измерения угловых параметров скважины при бурении предлагается использовать характеристики переходных процессов в чувствительных элементах датчиков.

Предлагается метод определения параметров искривления скважины при бурении по площади отклика выходного сигнала. При этом рассматриваются системы, описываемые дифференциальными уравнениями первого порядка:

(1)

i,u;i,ua

;a)0(,0T

;0)0(,aT

00

где R

LTили

C

RT – постоянная времени, которая определяется внутренними

характеристиками системы. Графики решения имеют вид: ξ ξ a1

S1

S2

t1 0 0 t

Рис. 1а. Вид переходного процесса в чувствительном элементе датчика.

Определив площади S1 и S2 , устанавливаем зависимость между площадью переходного

процесса S и постоянной времени системы T (t1=T; 3T; 4.5T и т.д.). Таким образом, определив площадь отклика выходного сигнала первичного преобразователя, описываемого дифференциальным уравнением первого порядка, находим один из искомых параметров L, C или R, благодаря которым определяются углы пространственной ориентации скважины α, θ, φ.

Выводы. Использование данного метода при определении параметров искривления

скважины позволяет повысить точность измерения в несколько раз. Данный метод является универсальным, его можно использовать в любой системе

управления, не зависимо от природы измеряемого параметра.

90

УДК 621.3.084.2

О.В.Бєлоусова, аспірант; С.В. Костішин, аспірант; А.П.Моторний, аспірант; Р.С.Белзецький, аспірант

ВИМІРЮВАЛЬНІ ПЕРЕТВОРЮВАЧІ ДЛЯ РЕЄСТРАЦІЇ БІОСИГНАЛІВ

Перетворювачі пневмосигналів в електричні сигнали складаються з двох частин: датчиків-перетворювачів тиску в параметри елементів (тензорезисторів, п‘єзоелементів, конденсаторів) і електричних блоків перетворення, у схеми яких певних чином включені датчики-перетворювачі. В результаті формується електричний сигнал, параметри якого (напруга, струм, частота) трансформуються за законом зміни пульсацій артеріального тиску.

Для реєстрації пульсацій і вимірювання статичних параметрів у найбільш прийнятних неінвазійних приладах використовуються наступні датчики-перетворювачі.

Тензометричні датчики базуються на зміні величини опору тензорезисторів під впливом механічної напруги, яка утворюється в мембранах, що сприймають пневмосигнал. Тензометричні датчики використовуються переважно в лабораторних умовах, що пов‘язано з їх основними недоліками: низькою чутливістю, складністю визначення власної частоти коливань, складністю вимірювальної схеми, необхідністю використання спеціального підсилювача, а також утрудненням настройки та малою механічною міцністю.

П'єзоелектричні датчики базуються на тензочутливості п‘єзоелементів, в яких пневмосигнал напряму утворює в п‘єзоелементі механічні деформації: пелот безпосередньо діє на кристал або посередньо (тиск передає в камеру та діє на мембрану, яка з‘єднується з п‘єзоелементом).

П'єзоелектричні датчики є простими та зручними в роботі, але мають малу механічну міцність, чутливість та нелінійну характеристику перетворення на низьких частотах. Чутливість датчиків цього типу складає лише 10..27 мВ/мм рт. ст., а для того, щоб отримати лінійну характеристику перетворення в області частот 0,1..10 Гц, потрібно паралельно до п‘єзоелемента під‘єднати ємність, яка досить суттєво знижує чутливість п‘єзоелектричного датчика. Крім того, сигнал, що досліджується цим датчиком, є першою похідною за часом реєстрованого процесу, тобто швидкісною сфігмограмою і багато в чому залежить від величини і форми п‘єзокристала. Це обмежує спектр можливих досліджень.

Ємнісні датчики базуються на зміні ємності конденсатора при варіації величини проміжку між його обкладками, одна з яких, як правило, нерухома, а друга – рухома (наприклад, мембрана) сприймає пульсації тиску. Ємнісні датчики включаються у відповідну вимірювальну схему, де відбувається перетворення тиску на частоту.

Ємнісні датчики мають задовільні характеристики за точністю, але їх габарити не завжди відповідають сучасним вимогам щодо мінімалізації та портативності медичних приладів. Однак, враховуючи технологічну простоту виконання та практичні напрацювання з їх використання, ємнісні датчики є найбільш вживаними у сфігмографічних вимірювальних перетворювачах.

П‘єзорезонансний датчик, який модулюється міжелектродним проміжком, запропонований Ф.Ф. Колпаковим, С.К. Підченко, Г.Л. Хільченко, базується на здатності п‘єзоелемента змінювати резонансну частоту в залежності від варіації відстані між електродами, один з яких відокремлений від п‘єзоелемента проміжком.

Вимірювальний перетворювач з п‘єзоелектричним датчиком, який модулюється міжелектродним проміжком, має досить високу чутливість, але його характеристика перетворення не завжди лінійна. Враховуючи це, автори розробили модифікований датчик з корегуючим елементом.

Підключення оптимальної індуктивності паралельно до проміжку забезпечує лінійність характеристики перетворення. Стрімкість характеристики перетворення модифікованого датчика перевищує в 2-22 рази стрімкість характеристики перетворення п‘єзорезонансного датчика, який модулюється міжелектродним проміжком без корекції, а розпізнавальна здатність зростає в 1,5-10 разів.

Дані датчики використовуються не лише для реєстрації сфігмограм, а й для визначення статичних параметрів артеріального тиску в тонометрах. За допомогою двох (або більшої кількості) датчиків визначають швидкість пульсової хвилі та інші гемодинамічні параметри.

91

УДК 621.382

В.С. Осадчук, д.т.н., проф.; О.В. Осадчук, д.т.н., проф.; О.С. Звягін, аспірант ЧАСТОТНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ ВОЛОГОСТІ

Серед сенсорів різного типу особливе місце у вимірювальній техніці займають перетворювачі

вологості [1]. Питання вивчення, розроблення та виробництва засобів вимірювання вологості є актуальним, а особливо в таких галузях промисловості як харчова, авіаційна та космічна техніка, хімічна та нафтогазова промисловість, ефективність яких значною мірою залежить від точності вимірювань вологості. Контроль вологості нафти необхідний у процесах її видобування, зберігання, транспортування та переробки [2]. Саме наявність вмісту вологи в нафтопродуктах викликає зміну їх фізико-хімічних параметрів і тим самим зменшує строк їхньої служби.

На рис.1 зображено електричну схему частотного перетворювача вологості нафтопродуктів, що складається з джерел постійної напруги U1 та U2 транзисторів VT1 та VT2, вологочутливого конденсатора CW, котушки індуктивності L1, обмежувального конденсатора C1 та резисторів R1 та R2.

Рис. 1. Електрична схема частотного перетворювача вологості нафтопродуктів

Пристрій для визначення вологості працює таким чином. В початковий момент часу волога не діє на вологочутливий конденсатор CW. З підвищенням напруги живлення U2 до величини, коли на електродах емітер-перший затвор транзисторів VT1 та VT2 виникає від’ємний опір, який приводить до винекнення електричних коливань в контурі, який утворений паралельним включенням повного опору з ємнісною складовою на електродах емітер-перший затвор транзисторів VT1 та VT2 та індуктивності L1. При наступній дії вологи на вологочутливий конденсатор CW змінюється ємнісна складова повного опору на електродах емітер-перший затвор транзисторів VT1 та VT2, що викликає ефективну зміну частоти коливального контуру.

За допомогою схемотехнічного моделювання в середовищі Orcad Family Release 9.2 з використанням транзисторів BF240 та BF998 було отримано вольт-амперні характеристики (ВАХ) для перетворювача вологості при різних напругах керування, які наведено на рис. 2. З характеристик видно присутність ділянки з від’ємним опором. Також було досліджено зміну величини струму вихідного сигналу даного перетворювача вологості від часу, при напрузі керування U1=3 В і напрузі живлення U2=1 В та нульовій вологості, що зображена на рис. 3.

Рис. 2. ВАХ частотного перетворювача вологості Рис. 3. Зміна величини струму вихідного сигналу від часу

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Осадчук В.С., Осадчук О.В., Звягін О.С. Проблеми вимірювання вологості нафтопродуктів та метод підвищення його точності // Нові технології. Науковий вісник КУЕІТУ. – 2010. - №1. – С. 148-152.

2. Берлинер М.А. Измерения влажности. – М.: Энергия, 1973. – 400 с.

92

УДК 681.586 (043.2)

В.П. Квасніков, д.т.н., проф., О.О. Зацний, студент АНАЛІЗ РОБОТИ ТАКТИЛЬКНИХ ДАТЧИКІВ В РОБОТОТЕХНІЧНИХ

СИСТЕМАХ ВІДЧУТТЯ

Тактильні датчики використовуються в робототехніці для отримання інформації про контакт маніпулятора з об'єктами в робочому просторі. Тактильна інформація може використовуватися, наприклад, для визначення місця розташування об'єкту або його розпізнавання, а також для управління зусиллям захоплюючого пристрою, що впливає на об'єкт маніпулювання. Тактильні датчики підрозділяються на два основні типи: дискретні і аналогові. Дискретні датчики, як пра-вило, спрацьовують за наявності або відсутності об'єкту, тоді як вихідний сигнал аналогових датчиків пропорційний зусиллю, що прикладається.

Дискретні тактильні датчики являються контактними приладами типу мікроперемикачів. В найпростішому випадку перемикач розміщується на внутрішній поверхні кожного пальця маніпулятора. Цей варіант відчуття використовується для визначення наявності деталей між пальцями захвату. Переміщаючи маніпулятор над об’єктом і послідовно проводячи контактування з його поверхнею, можна теж здійснити центрування маніпулятора відносно об’єкта для його захоплення і перенесення.

Шляхом розміщення декількох дискретних тактильних датчиків на внутрішній поверхні кожного пальця схоплення досягається розширення отримуваного об'єму інформації. Крім того, вони часто ставляться на зовнішній поверхні кінцевої ланки маніпулятора для отримання керуючих сигналів, які використовуються при формуванні траєкторії руху маніпулятора в робочому просторі. Останній варіант аналогічний використанню тактильної інформації людиною, яка проходить через абсолютно темну кімнату.

Аналоговий тактильний датчик є реєструючим приладом, вихідний сигнал якого пропорційний прикладеній силі. Найпростіший з таких приладів складається з пружного стержня (рис. 1), який механічно пов'язаний з обертовою віссю. Горизонтальна сила, що діє на стрижень, перетворюється на пропорційний поворот осі. Цей поворот безперервно вимірюється за допомогою потенціометра або кодовим пристроєм з дискретним виходом. При відомій жорсткості пружини сила відповідає вказаному переміщенню.

Рис. 1 Рис. 2

В останні роки значна увага приділяється розвитку систем тактильного відчуття, здатних отримувати більший обсяг інформації, ніж один датчик. Використання таких систем проілюстровано на рис. 2, де показано захват робота, на внутрішній поверхні кожного пальця якого розміщується матриця тактильних датчиків. Зовнішні чутливі поверхні захоплення зазвичай виконуються у вигляді дискретних пристроїв.

Хоча чутливі матриці можуть виконуватися з безлічі окремих датчиків, одним з перспективних напрямів тут є використання електродів з провідних матеріалів (наприклад, на графітової основі), опір яких змінюється залежно від величини тиску. У таких пристроях, які зазвичай називаються «штучною шкірою», тиск від об'єкта викликає відповідні деформації, які вимірюються як опір який безперервно змінюється. Зміна опору легко перетворюється в електричний сигнал, амплітуда якого пропорційна силі, що діє на відповідну точку поверхні матеріалу.

93

94

УДК 681.32

Ю. В. Дементьєв, к.т.н., доц.; С. Ю. Дементьєв, к.т.н. КОНТРОЛЬ КІЛЬКОСТІ МЕДИЧНОГО КИСНЮ

Ключові слова: контроль кількості медичного кисню, коефіцієнт стисливості. В багатьох відділеннях лікувальних закладів використовується медичний кисень. Кисень

поступає на відділення з центральної рампи розподільчого пункту, до якої через редуктор приєднуються стандартні кисневі балони. Кількість кисню, який спожито лікувальним закладом визначається дуже приблизно по кількості балонів, об’єм яких та початковий та кінцевий тиск в балонах різний. Крім того необхідно вести облік кількості спожитого кисню по кожному відділенню лікувального закладу окремо, облік якого наразі відсутній. Також необхідна присутність фізично витривалого та відповідального оператора, який вручну має від’єднувати пусті балони та приєднувати нові балони заповнені киснем, причому кількість балонів, які споживає лікувальний заклад за добу може кількох десятків.

Для контролю кількості кисню в якості первинного вимірювального перетворювача (ПВП) кількості чи витрати кисню необхідно використовувати перетворювачі в яких відсутній прямий контакт кисню з мастилами, тому існуючі турбінні та камерні ПВП не допускаються для обліку кисню. Споживання медичного кисню характеризуються значною нерівномірністю у часі, тому однією з основних вимог до облікових місць контролю кількості медичного кисню є надзвичайно широкий динамічний діапазон витрати, наприклад, від 0.01 м3 до 20 м3 на годину за стандартних умов. Наразі ні ультразвукові, ні ПВП на звужуючих пристроях не в змозі забезпечити такий динамічний діапазон витрати. Крім того, облікове місце визначення кількості кисню має мати мінімальну вартість.

Для контролю кількості, а також і витрати медичного кисню по лікувальному закладу пропонується подавати кисень з розподільчої рампи під тиском Pвх від 1.0 МПа до 1.2 МПа через запропоновану в роботі установку, схема якої наведена в роботі і яка містить мірник визначеного об’єму, сенсори тиску та температури кисню в мірнику, електромагнітні клапани та мікропроцесорний обчислювач.

Для вирішення задачі контролю кількості медичного кисню в роботі наведено математичну модель роботи установки, послідовність її роботи та перелік параметрів, які є змінними для установки встановлюються на обліковому місці шляхом її програмування.

Для приведення кількості медичного кисню до стандартних умов необхідно мікропроцесорним обчислювачем установки визначати коефіцієнт стисливості кисню, який обчислюється як відношення фактора стисливості даного газу за робочих умов до його фактора стисливості за стандартних умов і характеризує ступінь відхилення властивостей реального газу від ідеального і який є функцією поточного тиску та температури кисню.

Для його обчислення можуть бути використані табличні дані [2] залежності коефіцієнта стисливості кисню від його тиску та температури. Але їх використання в мікропроцесорному обчислювачі установки витрати потребує значного об’єму пам’яті для зберігання табличних значень коефіцієнта стисливості та вноситься помилка інтерполяції при його обрахунку.

В роботі пропонується нова математична модель визначення коефіцієнта стисливості кисню в діапазоні тисків від 0.15 до 7 МПа та діапазоні зміни його температури від 243 до 383 °К, що перекриває можливі діапазони зміни параметрів кисню, які застосовуються в медичних закладах.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. Вимірювання витрати та кількості газу: Довідник. - Івано-Франківськ: ПП “Сімик”, 2004. -160с.

2. ГСССД 96-86. Диоксид углерода жидкий и газообразный. Плотность, фактор сжимаемости, энтальпия, энтропия, изобарная теплоемкость, скорость звука и

95

коэффициент обьёмного расширения при температурах 220…1300 К и давлениях 0.1…100 МПа. –М.: Издательство стандартов, 1986. -28 с.

3. Лапач С.М., Чубенко А.В., Бабіч П.М. Статистичні методи в медико-біологічних дослідженнях із застосуванням Excel. К.:МОРІОН, 2000. –320с.

УДК 621.397

Г.Г. Бортник, к.т.н., доц.; Л.Ф. Мінов, М.Л. Мінов, аспірант МЕТОДИ ПІДВИЩЕННЯ ЛІНІЙНОСТІ АЦП

Аналого-цифрові перетворювачі (АЦП) знаходять широке використання у сучасних

комп’ютерних системах. Використання перетворювачів аналог-код призводить іноді до втрат цифрової інформації. Для її відновлення використовують різні методи коригування.

Можна відмітити, що у n-розрядних АЦП, передатна характеристика має деяку нелінійність, а вхідні напруги змінюються у діапазоні від 0 до та вихідний цифровий код

становить , де . FSU

1,...,2,1,0 N nN 2Припустимо, що значення дорівнює , тоді для АЦП значення вихідного коду

буде визначатись за формулою: вихN k вихкN .

).,...,,,,( 210. nвихк NNNNnfN (1)

Метод підвищення лінійності базується на інтерполяційній методиці, яка дає змогу

покращити відношення сигнал/шум в АЦП. Коли вихідний сигнал з АЦП буде дорівнювати

, сигнал після цифрової корекції буде складати: вихN

k вихкN .

,2

11. nn

FSвихк NN

М

nN (2)

де - повномасштабний код.

FSМ

Можна відмітити, що цифровий вихідний код поданий в –розрядній формі, але

сигнал після коригування отримано у вихN n

вихкN . qn –розрядній формі, де . Іншими словами

відкорегованний сигнал більший на додаткових розрядів.

0qq

Стохастичний метод дає змогу покращити відношення сигнал/шум АЦП. Коли вихідне значення у АЦП дорівнює n то відкорегований сигнал буде мати форму: вихN nK

12

1 nn

FSn NN

M

nK

:

(3)

Запишемо n наступним чином

nK nn MIK де nI - це ціла частина , а nM - це

дробова тина nK . Зна ння nI є додатнім, чи дорівнює 0, а значенн знаходиться в межах

. Тоді визначається як

nK

час че я nM

10 nM вихкN . nвихк IN . з вірогідністю nM1 та 1. nIвихкN з

вірогідністю . nM

Відкоригований вихідний сигнал і цифровий вихідний сигнал із виходу АЦП

подаються у - розрядній формі. Кількість розрядів не змінюється. Використовуючи даний метод для обробки та коригування вихідного сигналу, не потрібно використовувати додаткові розряди.

вихкN . вихN

n

Коли використовується такий метод на виході АЦП може бути відхилення у 1 ОМР (при → чи ). nNn nвихк IN . 1. nвихк IN

Інтерполяційний та стохастичний методи підвищення лінійності АЦП можуть використовуватись у високопродуктивних системах передавання та оброблення сигналів.

96

УДК 621.396

Г.Г.Бортник, к.т.н., доц.; В.М.Васильківський, аспірант

МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ СИГНАЛІВ ЦИФРОВИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧІ В УМОВАХ ДЖИТЕРУ

Аналіз джитеру стає важливим фактором при експлуатації цифрових систем передачі

(ЦСП), які базуються на нових стандартах передачі даних зі швидкостями більше 1 ГГбіт/с. Джитер спричинюється внутрішнім та зовнішнім амплітудним та фазовим шумами. В результаті чого джитер розділяють на 2 категорії: випадковий та регулярний. Регулярний джитер базується на процесах, що характеризують методи передачі даних. Системний джитер залежить від характеристик цифрової системи передачі. Методи аналізу джитеру базуються на дослідженні глазкових діаграм та гістограм в часовій області та аналізі його частотних характеристик, які дозволяють розрізнити випадкову та детерміновану складові амплітудного джитеру.

У роботі запропоновано метод підвищення точності оцінювання параметрів складових джитеру за допомогою визначення спектрального складу сигналу на вході виділювача тактової частоти (ВТЧ) ЦСП. Як модель джитеру тактових сигналів необхідно використовувати компоненти одномірного марковського процесу, які можливо отримати за допомогою пропускання гаусового шуму через фільтр нижніх частот (ФНЧ).

,)()1( )()( ineii (1)

де t ; - постійна часу формуючого фільтру; - дискретний дельтакорельований

гаусів шум з характеристиками.

)(in

Враховуючи залежність зсуву частоти синхрогенераторів в ЦСП від зміни температури, джитер зумовлений різницею частот запису та зчитування необхідно моделювати за допомогою складових двохмірного марковського процесу, який можна отримати використовуючи RC – ФНЧ

,)1(

;)()1()()(

)()(

in

i

ei

eii

(2)

де - дискретний білий гаусів шум з параметрами: )(in

.,

,)()(,0)( 2

CRtCRt

kninin ik

Джитер часу очікування необхідно досліджувати як квазігармонічне коливання з невідомою амплітудою та частотою. Як джитер можна використовувати складові двомірного марковського процесу, які отримуються за допомогою вузькосмугового RLC - фільтра

,cos)(sin)()1(

,sin)(cos)()1()()(

)(

ineiiqi

eiiqiq

(3)

де t - набіг фази квазігармонічного коливання за один тактовий інтервал;

;)()(;0)(; 2ijininint - постійна часу формуючого фільтра.

Використовуючи отримані моделі, можна записати результуючий вираз для сигналу на виході фільтра ВТЧ:

)()()()(cos)()( 0 iniqiitiiUir . (4)

При частотному дослідженні джитеру необхідно проводити аналіз фазового шуму або спектра джитеру. В даному випадку фазовий шум необхідно порівнювати зі зсувом частоти відносно несучої або синхронізації. Спектральний аналіз джитеру є альтернативним методом для отримання джитеру в часовій області. Вимірювання фазового шуму забезпечує точне оцінювання джитеру завдяки великій частоті дискретизації та керованій смузі частот. Такий підхід до аналізу

97

98

джитеру дає можливість визначити детермінований джитер за піками спектра аналізованого сигналу.

УДК 004.942.001.57: 681.513.66

В.В. Орлов к.т.н., доц.; А. Ю. Коваленко, аспирант РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ УДАЛЕННЫХ

ОБЪЕКТОВ АКУСТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Для исследования сигналов, порождаемых взрывными процессами и ударными

механизмами применяются измерительные комплексы регистрации акустических волн, возникающих в зонах, недоступных или опасных для людей. Для объектов, удаленных от датчиков на несколько километров необходимо учитывать особенности дальнего распространения звуковых волн в атмосфере, а также кратковременные помехи, возникающие на пути распространения.

Актуальной задачей является разработка адаптивных систем контроля за объектами повышенной опасности с применением информационных технологий по автоматизации обработки данных, экспертных систем для моделирования и оценки эффективности алгоритмов адаптивного обнаружения и распознавания классов акустических сигналов в условиях изменяющихся помех, классификации данных на основе знаний и правил по созданию эталонов возможных объектов.

Для информационной поддержки систем принятия решений о состоянии удаленных объектов акустического излучения созданы программно-аппаратные средства обработки информации на основе: формализованных знаний, натурных макетов исследуемых объектов, а также экспертной системы с применением методов, методик натурного и математического моделирования. Экспертная система содержит базу знаний и правила ее формирования на основе режимов функционирования объекта, возможных дефектах и неисправностях объекта. Система анализирует информацию, полученную с помощью многоканальной измерительной аппаратуры, воспроизводит ход рассуждений эксперта для вынесения решения о наличии объекта и принадлежности его (или его состояния) одному из определенных классов. Целью является повышение достоверности решений адаптивного обнаружения и распознавания, оценивание их эффективности на основе выработки рекомендаций по корректировке моделей и выбора правил принятия решений.

Базы данных состоят из классифицированных реализаций, содержащих сигналы и помехи, упорядоченных по индексам полей, содержащих класс объекта, дальность съема информации, время получения данных, погодные условия (температура воздуха, скорость ветра). Базы данных формируются с датчиков зон контроля действующих систем (натурных макетов) и поставляются через телекоммуникационные сети для пополнения баз данных. Ввиду недостатка реальных данных используются также результаты экспериментальных исследований со стенда натурного моделирования и машины математического моделирования объектов акустического излучения. В качестве когнитологов выступают специалисты, обслуживающие конкретные натурные испытательные комплексы. Они пополняют базы данных классифицированными выборками реальных ситуаций.

Разработка программно-алгоритмических средств моделирования перспективных систем контроля объектов акустического излучения и проведенные исследования реальных записей позволили получить следующие результаты:

1. Анализ сигналов от удаленных объектов, принимаемых на фоне атмосферных помех, показал, что различие диапазонов частот, занимаемых помехами и сигналами, обеспечивает возможность для применения адаптивных систем помехозащиты. При исследовании вероятностных характеристик установлено, что адаптация по параметрам помех позволяет существенно повысить вероятность правильных решений и размер контролируемой зоны по сравнению с неадаптивной обработкой.

2. Разработка программно-алгоритмических средств экспертной системы позволила автоматизировать процессы подготовки первичной информации для математического, имитационного и натурного моделирования, а также уточнять модели сигналов и помех, совершенствовать алгоритмы обнаружения и распознавания сигналов для контроля состояния объектов.

3. Рассмотренный подход обеспечивает в короткие сроки и с малыми затратами проектирование систем контроля и диагностики с повышенной достоверностью решений о состоянии объектов акустического излучения.

99

УДК: 621.382: 681.586.776

В.С. Осадчук, д.т.н., проф.; О.В. Осадчук, д.т.н., проф.; С.В. Барабан, аспірант ЧАСТОТНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ ТЕМПЕРАТУРИ НА ОСНОВІ

СЕГНЕТОКОНДЕНСАТОРА

Новим і перспективним напрямком в області прецизійного і малоінерційного вимірювання температури є використання термодіелектричних властивостей сегнетоелектриків. В якості перетворювачів застосовують ємнісні термочутливі елементи, які є реактивними елементами коливальних контурів. Фізичні основи принципу дії сегнетоелектричних вимірювань температури забезпечують більш високі метрологічні показники, ніж ті, що забезпечують існуючі в наш час резистивні і термоелектричні прилади.

Для сегнетоелектриків залежність діелектричної проникності від температури описується

законом Кюрі-Вейса за рівнянням: К

А

Т Т

, де - діелектрична проникність; А – константа

для даного сегнетоелектрика; ТК – температура фазового переходу сегнетоелектрика (температура Кюрі); Т – температура сегнетоелектрика.

Таким чином, функція f T має гіперболічний характер, що дозволяє отримати

лінійну залежність провідності на змінному струмі ємнісного сегнетоелектричного елемента. Це, в свою чергу, забезпечує лінійність шкали. Оскільки сегнетоелектричний чутливий елемент є параметричним перетворювачем, а його опір має реактивний характер, то це дозволяє суттєвим чином зменшити активні втрати в перетворювачі за рахунок само розігріву, тим самим зменшується вплив перетворювача на поле вимірюваних температур. Крім того, реактивний характер опору чутливого елементу дозволяє збільшити вимірювані струми, які протікають через елемент, що суттєво підвищує чутливість схем. Висока реалізуєма діелектрична проникність (порядку 105) при температурі Кюрі дозволяє отримувати більші значення ємності при малих габаритах, що забезпечує малу інерційність перетворювачів. Сегнетоелектричний перетворювач температури представляє собою термозалежну ємність, його зручно використовувати в пасивних і активних вимірювальних схемах ввімкнення з амплітудним, частотним, часовим і фазовим виходом. В повній степені метрологічні можливості сегнетоелектричних термоперетворювачів можуть бути використані в схемах з частотним виходом, який дозволяє здійснити перетворення в цифровий код. Для дослідження температури середовищ був розроблений перетворювач – транзисторний автогенератор на ємнісному термочутливому елементі. В якості сегнетоелектрика використовувався сегнетоконденсатор, виготовлений з BaTiO3. На рис. 1 представлено схему частотного перетворювача температури (а) і його функцію перетворення (б).

R

VT

VT

C

ВихідТ C

R1

21

1

2

Uж

L

а) б) Рис. 1 – Частотний перетворювач температури на основі сегнетоконденсатора (а) і його експериментальна

функція перетворення при Uж=4 В (б)

100

УДК 621.3

Д.А. Степаненко, аспирант ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ СОСТАВА И СВОЙСТВ

ПРОДУКТОВ ПЛАВКИ В СЫРЬЕВЫХ УСЛОВИЯХ РАБОТЫ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ УКРАИНЫ

Неоднородность химического состава шихтовых материалов вызывает существенное

колебание химических составов чугуна и шлака. В связи с этим возникает необходимость оперативного контроля состава и свойств продуктов плавки с целью выработки управляющих воздействий для стабилизации шлакового режима, который характеризуется комплексом физико-химических и технологических свойств.

С целью решения практических задач управления шлаковым режимом в Институте черной металлургии НАН Украины разработана автоматизированная система «Контроль» реализованная по принципу открытой экспертной системы, которая рассчитана для инженерно-технического персонала специалистов НПО и доменного цеха [1, 2].

Система «Контроль» предназначена для контроля качества чугуна и оперативного управления шлаковым режимом на основе методики физико-химического моделирования шлаковых и железоуглеродистых расплавов, в соответствии с которой состав и свойства шлаков описываются с помощью интегральных параметров ∆e (химический эквивалент состава) и ρ (стехиометрия шлака) [3].

Основные функции системы «Контроль» включают в себя: 1. Анализ динамики изменения показателей качества чугуна и шлака за период по выпускам. 2. Расчет по составу продуктов плавки показателей шлакового режима:

- интегральных физико-химических критериев, характеризующих химическое и структурное состояние расплавов чугуна и шлака (ZY и �e, �);

- основности шлака, отношения Al2O3/MgO, фактический коэффициент распределения серы

3. Прогнозный расчет комплекса свойств шлака: - серопоглотительной способности (Сs); - вязкости при 1500 оС (1500, Пас); - температуры конца кристаллизации (солидус) (Тс,

оС); - энтальпии (теплоемкости) при температуре хорошей текучести, соответствующей вязкости 0,3 Пас (Н, кДж/кг);

- поверхностного натяжения при 1500оС (1500, мн/м), определяющих дренажную и десульфурирующую способность, подвижность и текучесть шлака на выпуске.

4. Оценка степени насыщенности чугуна углеродом и "моющей" способности чугуна по отношению к углеродистой футеровке доменной печи с помощью критерия – отношения [C]/[C]нас ([C]нас – расчетное значение насыщенной концентрации углерода в чугуне).

5. Оценка минералогического состава и кристаллизационной способности доменных шлаков. 6. Экспертиза технологической ситуации, результатом которой являются выдача

сигнализации о превышении допустимых отклонений контролируемых показателей (свойств) шлака в зависимости от физико-химических параметров состава шлака и рекомендаций по изменению ресурсов управления.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Тогобицкая Д.Н., Белькова А.И., Хамхотько А.Ф., Степаненко Д.А., Оторвин П.И., Нынь С.В. Опыт создания и внедрения системы контроля и управления шлаковым режимом доменной плавки в шихтовых и технологических условиях заводов Украины // Сб.научн.тр. ИЧМ “Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. – Днепропетровск. – 2009. – Вып.19. – С.100-112.

2. Тогобицкая Д.Н., Белькова А.И., Оторвин П.И. Автоматизированная система контроля и управления шлаковым режимом доменной плавки // Металлург. – Москва. – 2004. - №4. – С. 433-46.

3. Приходько Э.В. Металлохимия многокомпонентных систем. М.: Металлургия. -1995 г. -320с.

101