Актуальность и цели. Неотъемлемой частью процесса проектирования информационно-измерительных систем (ИИС) является этап определения рабочих характеристик ее элементов, на основании которого в дальнейшем возможно получение передаточной функции и определение погрешности ИИС. Целью представленного расчета и анализа элементов электрической схемы замещения является определение влияния перемещения магнитного шунта датчика на параметры электромагнитной системы (ЭМС) фазового датчика. Материалы и методы. В качестве метода исследования использовалось математическое моделирование, при котором реальные физические процессы были описаны соответствующими аналитическими зависимостями. Результаты. В ходе исследования определены аналитические выражения для расчета электрических параметров обмоток ЭМС; доказано, что обмотки фазового датчика, расположенные на информационной линейке, при однородной удельной магнитной проводимости линейки имеют взаимную индуктивность, равную нулю; установлены закономерности изменения параметров элементов электрической схемы замещения ИИС при перемещении магнитного шунта по информационной линейке датчика. Выводы. Заложенные конструктивные решения фазового датчика линейных перемещений обеспечивают линейную зависимость аргумента выходного сигнала от измеряемого перемещения, что является очевидным достоинством исследованной ИИС.
Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль
2019. — Выпуск 1
Содержание:
Актуальность и цели . Измерение концентрации СО2 в производственных и жилых помещениях является одной из важных задач обеспечения в них качества воздуха. Увеличение концентрации СО2 в помещениях чревато тяжелыми последствиями для здоровья людей, так как это ухудшает качество воздуха, и как результат - ухудшаются условия труда. Концентрация СО2 в помещениях пропорциональна количеству работающих в них людей. Это обстоятельство требует проведения постоянного точного контроля уровня концентрации СО2 и осуществления непрерывной вентиляции. Целью является исследование точности и информативности системы определения концентрации СО2 в вентилируемых помещениях. Материалы и методы . Для решения поставленных задач в работе применены методы теории погрешностей, а также методы вариационной оптимизации. С помощью данных методов исследованы точность и информативность измерительной системы определения концентрации СО2. Результаты . Определено, что для оперативного контроля концентрации СО2 в помещениях наиболее оптимальным методом является двухволновый метод, предусматривающий измерения оптической толщины воздуха на длинах волн 4,3 и 3,6 мкм. Определено, что погрешность дискретизации измерения концентрации СО2 в вентилируемых помещениях имеет максимум, появляющийся при определенном соотношении между временной дискретой измерения и скоростью изменения состава воздуха. Сформулирована и решена модельная оптимизационная задача определения условий достижения высокой информативности системы. Выводы . Доказано, что использование методов теории погрешностей и безусловной вариационной оптимизации позволяет улучшить точность и информативность системы. Выявлен экстремальный характер информативности системы в производственных разноформатных помещениях.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Цель статьи заключается в описании способа градуировки резервуаров с заданной точностью и доверительной вероятностью с помощью топливораздаточных колонок или автоматических стояков налива соответственно в процессе штатной работы автозаправочных станций или нефтебаз. Материалы и методы . Рассматриваются способ и реализующее его устройство автоматической градуировки резервуаров с помощью топливораздаточных колонок (ТРК) автозаправочных станций (АЗС) или автоматизированных стояков налива (АСН) нефтебаз (НБ) в процессе отпуска нефтепродуктов (НП) потребителям. Новизна способа заключается в переводе систематической погрешности узлов учета (топливораздаточных колонок-ТРК или автоматизированных стояков налива-АСН) в разряд случайных путем их периодической поверки с помощью эталонного объемного мерника и введением постоянной поправки в градуировочные характеристики узлов учета после каждого опорожнения резервуара или его части. В этом случае не исключенная систематическая погрешность узлов учета в каждом из усредненных отсчетов принимает случайное значение. Методика определения и контроля градуировочных характеристик резервуаров АЗС, НБ зарегистрирована в Государственной системе обеспечения единства измерений МИ 2564-99. Результаты . Данный способ позволяет уменьшить суммарную погрешность узлов учета по мере набора представительной статистики (15-25 опорожнений резервуара) практически до погрешности мерника, т.е. примерно до ±0,05 %, и одновременно обеспечить заданную доверительную вероятность Р = 0,95 погрешности градуировки резервуара. Экономический эффект заключается в возможности проводить градуировку одновременно сразу нескольких резервуаров, находящихся в эксплуатации, что значительно снижает затраты и сроки ее проведения. Выводы . Разработанный способ автоматической градуировки резервуаров АЗС и НБ с помощью штатных ТРК или АСН, входящих в состав автоматизированных ИИС, обеспечивает проведение градуировки с заданной точностью и доверительной вероятностью. Также позволяет проводить градуировку одновременно сразу нескольких резервуаров, находящихся в эксплуатации, что значительно снижает затраты на градуировку и сроки ее проведения.
Ключевые слова
Материалы и методы . Разработан метод проектирования емкостных датчиков уровня на основе многослойных печатных плат, позволяющий создать целый ряд высокоточных, дешевых и надежных средств измерений для уровня широкого класса неэлектропроводных жидкостей. Новизна метода заключается в формировании на печатных платах эталонных концевых мер, расположенных на определенном расстоянии друг от друга и представляющих собой дискретные сигнализаторы уровня с абсолютной погрешностью срабатывания Δ = ± 0,3 мм. Результаты . Встроенные в датчик эталонные концевые меры позволяют в процессе наполнения и опорожнения резервуара производить его автоматическую автокалибровку и тем самым исключить влияние различных дестабилизирующих факторов на точность измерений. Также с помощью эталонных концевых мер проводится периодическая поверка уровнемера без его демонтажа с объекта установки. Выводы . Объединение в едином технологическом цикле изготовления измерительных электродов датчика уровня, его эталонных концевых мер, а также линий связи с его вторичным преобразователем позволяет значительно снизить себестоимость его производства и, как следствие, повысить конкурентоспособность на внешнем рынке.
Ключевые слова
Актуальность и цели . Исследована возможность диагностики и контроля преобразователей физических величин (ПФВ) как на уровне элементов и узлов, так и всего преобразователя. Материалы и методы . Выполнено математическое моделирование тензорезистивного чувствительного элемента (ЧЭ) с мостовой схемой преобразования. Предложены критерии исправности тензорезистивных преобразователей давления. Результаты . Приведены расчетные соотношения для определения критериев исправности и допусков на их численные значения. Получены статистические оценки методической и случайной составляющих погрешностей критериев исправности тензорезистивной мостовой схемы. Предложена модульная концепция производства и контроля элементов, узлов и самих интеллектуальных ПФВ на основе применения функционально и конструктивно законченных ЧЭ, измерительных модулей (ИМ) и электронных преобразователей (ЭП), изготавливаемых на передовых предприятиях в России и за рубежом. Приведены схема процедуры сквозной диагностики модульного ПФВ, а также конструкции ЧЭ и ИМ интеллектуальных преобразователей давления. Выводы . Применение предложенных программно-аппаратных методов диагностики и контроля элементов, блоков и самих модульных датчиков позволяет создавать интеллектуальные ПФВ, обладающие высокой надежностью, широкими функциональными возможностями и простотой технической реализации.
Ключевые слова
Актуальность и цели. С развитием космического двигателестроения к датчикам параметров вибрационных и ударных колебаний предъявляются все более жесткие требования. В связи с неэквивалентностью воздействия гармонической вибрации и энергетического воздействия на датчик удара представляется необходимым до начала эксплуатации проводить испытания на получение предельных диапазонов измерений и механической прочности конструкций. С целью получения достоверных результатов испытаний актуальной задачей является разработка соответствующего испытательного оборудования, в частности стержневых резонансных вибростендов с пьезоэлектрическим возбуждением. Материалы и методы. Проведен сравнительный анализ предельных возможностей серийных вибростендов известных зарубежных фирм. Определена возможность создания вибростендов на основе пакета пьезоэлектрических актюаторов. Методика основана на исследовании возможностей использования обратного пьезоэлектрического эффекта для воспроизведения динамических виброускорений. Результаты. В результате проведенных исследований определено, что максимальная амплитуда виброускорений, воспроизводимых серийно выпускаемыми вибростендами с прорезными резонансными балками и другими резонансными конструкциями, может в 10-20 раз увеличивать максимальное значение амплитуды виброускорения вибростенда, достигая 500-1400 g. Проведен выбор пьезоактюатора, обеспечивающего воспроизведение ускорений до 100 000 м/с2 и крепление к его подвижной части акселерометра без переходных конструкций. Обоснован выбор аналогового усилителя для управления режимами работы пьезостека.
Ключевые слова
Актуальность и цели . Объектом исследования являются ситалловые подложки высокого класса чистоты. Предметом исследования являются способы измерения параметров шероховатости с малыми значениями Rz. Целью работы является разработка способа измерения шероховатости поверхности высокого класса чистоты путем применения профильной меры. Материалы и методы . Для описания процесса измерения шероховатости использована Гауссова модель. Рассмотрен контактный метод измерения шероховатости. Результаты . Предложен подход к реализации измерений шероховатости поверхностей высокой чистоты, основанный на применении эталонной меры шероховатости, позволяющий повысить чувствительность контактного метода измерения шероховатости профилометром. Выводы . Метод измерений шероховатости поверхностей высокой чистоты позволяет повысить чувствительность стандартных профилометров. Предложенный метод измерения шероховатости за счет использования эталонной профильной меры шероховатости обеспечивает возможность измерения на поверхностях высокого класса чистоты применением стандартных профилометров среднего класса точности.
Ключевые слова
Актуальность и цели . Бесконтактные оптоэлектронные сканирующие измерительные системы находят все большее применение при измерении различных объектов, в том числе и деталей сложной формы и конструкции в машиностроении. Важнейшим этапом подготовки применения таких систем является исследование погрешности измерения, возникающей под действием различных факторов. Представлены результаты исследования влияния цвета поверхности на погрешность измерения координат точек поверхности. Определена гамма цветов поверхности детали, при которых значение погрешности измерения является минимальным. Материалы и методы. Разработаны методики исследования влияния цвета поверхности объекта на погрешность измерения. Предложены параметры для количественного оценивания погрешности измерения координат. Результаты. Установлено значительное влияние цвета поверхности на погрешность измерения координат точек. При этом наибольшие погрешности возникают при сканировании поверхностей, имеющих черную, зеленую, синюю, оранжевую и красную окраску. Значение погрешности для самых неблагоприятных вариантов окраски достигает до 3 мм по размаху и 0,7 мм по среднеквадратичному отклонению. Исследуемая погрешность при окрашивании поверхности в цвета светлых тонов уменьшается в несколько раз, в частности, для светло-серого цвета среднеквадратичное значение составило 0,035 мм. Выводы. Разработанная методика и полученные результаты могут быть использованы для оценки влияния цвета поверхности на погрешность измерения координат точек сканирующих измерительных систем других типов, построенных на принципах триангуляции, фотограмметрии.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Автоматизация технического обслуживания и ремонта аккумуляторных батарей (АКБ) лежит в основе снижения времени обслуживания, улучшения качества обслуживания, снижения потерь электролита. Целью представленной работы является разработка автоматизированной системы заливки и зарядки аккумуляторных батарей. Материалы и методы. Для определения параметров разрабатываемой системы рассмотрена технология заливки и зарядки аккумуляторных батарей в войсках. Новизна системы анализировалась на основе патентных исследований и существующих устройств технического обслуживания АКБ. Результаты. В результате проведенных исследований разработана автоматизированная система заливки и зарядки аккумуляторных батарей, предназначенная для обслуживания кислотных и щелочных АКБ. Приводится технико-экономическая оценка эффективности системы на основе сетевого графика операций заливки и зарядки аккумуляторных батарей. Выводы. Применение автоматизированной системы в войсковом звене обеспечит сокращение времени с 64 до 18 ч, т.е. в 4 раза.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Анализ биомедицинских сигналов с учетом важности здравоохранения как отрасли и уровня развития современной вычислительной техники позволяет улучшить характеристики медицинских устройств по ряду направлений. В частности, регистрация электрических сигналов, возникающих в мышцах (миография), может быть использована как в диагностических целях, так и в спортивной медицине или для управления различными техническими устройствами: протезами, экзоскелетами и т.п. С технической точки зрения миосигналы являются сигналами с нестационарными параметрами, поэтому для их анализа необходимо разрабатывать и применять соответствующие методы. Материалы и методы. В статье предлагается обработка миосигналов с помощью вейвлет-анализа, модифицированной функцией Морле, обеспечивающей обработку сигналов с нестационарными параметрами с возможностью регулирования соотношения полосы пропускания и локализации во временной области. Результаты. Предложенная методика применяется для качественного распознавания миосигнала, снятого с бицепса в стационарном состоянии и с физической нагрузкой. В работе показана возможность идентификации сигналов, посланных мозгом от сигналов ответной реакции мышц на нагрузку. Выводы. Использование вейвлет-преобразования модифицированной функцией Морле пригодно для анализа миосигналов с нестационарными параметрами и позволяет определять их характеристики.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Целью работы является разработка и исследование многоагентной имитационной модели управления процессами в компьютерной диагностической системе для определения эффективности распределения ресурсов медицинских учреждений между пациентами. Материалы и методы. Теоретическую и методологическую основу исследований составили труды в области неинвазивной кардио- диагностики, теории систем массового обслуживания и имитационного моделирования. В ходе исследований проанализированы алгоритмы поведения агентов системы для поиска оптимальных сценариев оказания медицинской помощи. При проведении исследований использовались методы кардиологии, система имитационного моделирования GРSS Wоrld . Результаты. Проведено имитационное (компьютерное) моделирование работы компьютерной диагностической системы «Кардиовид» с двумя и тремя медицинскими работниками. Из данных с применением аналитической платформы Dеduсtоr Studiо Асаdеmiс в кардиологическом отделении выявлены пациенты, которые наиболее всего нуждаются в медицинской помощи. Анализ данных показал, что система будет эффективно работать с тремя медицинскими сотрудниками. Выводы. Полученные результаты имитационного моделирования на основе многоагентной технологии позволят повысить эффективность выявления пациентов кардиологического отделения наиболее остро нуждающихся в медицинской помощи.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Целью настоящего исследования является разработка способа динамического изменения геометрических параметров трехмерной модели в процессе моделирования электрической активности сердца с использованием многодипольной модели эквивалентного электрического генератора сердца, предложенной Л. И. Титомиром, и электрокардиографических данных. Материалы и методы. Теоретическую и методологическую основу исследования представляют фундаментальные труды в области эквивалентного электрического генератора сердца и взаимосвязи электрофиозиологических характеристик сердца. В работе используются трехмерные модели на основе опорных точек, схематично представляющие сердце и расположение диполей, при этом используются методы геометрического моделирования. Для определения моментальных значений электрофизиологических параметров при решении систем линейных алгебраических уравнений СЛАУ используются численные методы. Результаты. В первой части работы предложен и описан способ динамического изменения геометрических параметров модели сердца на основе электрокардиографических данных. Представлен процесс получения параметров многодипольной модели эквивалентного электрического генератора сердца. Определены ограничения на значения параметров, которые необходимо учитывать в процессе решения для сохранения физического смысла и корректности полученных результатов. Выполнен численный эксперимент с использованием реальных исходных данных и схематичной трехмерной модели пространственного расположения диполей, который показал возможность решения поставленной задачи. Приведены результаты вычислительного эксперимента. Выводы. Приведена последовательность этапов модификации геометрических параметров модели сердца, раскрыт этап получения значения дипольных моментов модели, проведен соответствующий вычислительный эксперимент. Результаты исследования позволяют разработать способ динамического изменения геометрических параметров трехмерной модели сердца для использования в качестве программного компонента систем неинвазивной диагностики и симуляционного обучения.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Рассматривается задача получения в результате измерительного эксперимента действительных оценок физических величин. Материалы и методы. Результатом измерительного эксперимента является получение оценок действительных значений физических величин. Показателем степени доверия к полученным оценкам является погрешность их определения. Достоверность оценки погрешностей определяют на основе теории вероятностей и математической статистики. Это дает возможность для каждого конкретного случая выбирать средства и методы измерений, обеспечивающие получение результата, с погрешностью, не превышающей заданных границ с необходимой достоверностью. Задание неопределенности в виде n -мерной доверительной области, которая включает действительные значения определяемых в ходе эксперимента величин с некоторым уровнем значимости , требует знания распределения вероятностей переменных . Результаты. Во многих случаях достаточно сложно предложить гипотезу о распределении оценки . Обоснованным является предложение о распределении оценки результатов измерений на основе использования нормального закона распределения, что формулируется на основе выводов центральной предельной теоремы. В этом случае представляется естественным рассматривать n- мерный эллипсоид как доверительную область, внутри которой лежит действительное значение определяемых в ходе эксперимента величин. В реальных условиях при небольшом n предположение о нормальном распределении может не выполняться; в этих случаях предложено выдвигать другую гипотезу о плотности распределения оценки Z . Предположение о распределении заменяется условием, для которого нормальное распределение имеет максимальную энтропию. Выводы. При выборе подходящего распределения в вычислении оптимального значения уровня значимости Z рассматривается принцип максимума энтропии. В решении задачи используются стандартные математические преобразования, позволяющие определить число n и оптимальные значения уровня значимости . Предельный случай больших n может быть успешно использован в описании функциональных зависимостей.