WWW.LIBRUS.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - собрание публикаций
 

Pages:   || 2 |

«ОДИННАДЦАТАЯ МЕЖДУНАРОДНАЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКАЯ ШКОЛА ОДИННАДЦАТАЯ МЕЖДУНАРОДНАЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКАЯ ШКОЛА ИНФОРМАЦИОННОСЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ В ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ В 2-х томах Том ...»

-- [ Страница 1 ] --

ИНФОРМАЦИОННО-СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ В ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

ОДИННАДЦАТАЯ МЕЖДУНАРОДНАЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКАЯ ШКОЛА

ОДИННАДЦАТАЯ МЕЖДУНАРОДНАЯ

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКАЯ ШКОЛА

ИНФОРМАЦИОННОСЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ

В ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЯХ

В 2-х томах Том II Тамбов Издательский центр ФГБОУ ВО «ТГТУ»

Т. II 2018 Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Российская академия наук Администрация Тамбовской области Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова Филиал МГУ им. М. В. Ломоносова в г. Душанбе Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана Объединенный институт высоких температур РАН Национальный комитет по теплофизическим свойствам веществ РАН Российский фонд фундаментальных исследований Тамбовский государственный технический университет

ИНФОРМАЦИОННО-СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ

В ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

ОДИННАДЦАТАЯ МЕЖДУНАРОДНАЯ

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКАЯ ШКОЛА

Тамбов, 6 – 9 ноября 2018 г .

Сборник научных статей В 2-х томах Том 2 Тамбов Издательский центр ФГБОУ ВО «ТГТУ»

УДК 536.2.08.001.76 ББК 311 И74 Школа организована и проведена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект РФФИ № 18-08-20121\2018) И74 Информационно-сенсорные системы в теплофизических исследованиях : сборник научных статей. В 2-х т. Тамбов, 6 – 9 ноября 2018 г. – Тамбов : Издательский центр ФГБОУ ВО «ТГТУ», 2018. – Т. II. – 292 с. – 400 экз .

ISBN 978-5-8265-1958-5 .

В сборник включены статьи по тематике «Информационно-сенсорные системы в теплофизических исследованиях» .

Предназначен для научных работников, преподавателей, аспирантов и студентов .

УДК 536.2.08.001.76 ББК 311

–  –  –

С е к ц и я. МЕТРОЛОГИЯ, ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ……………………………………………. 9 Бабашкина А. П., Власова Е. В., Глинкин Е. И .

Неинвазивный контроль концентрации глюкозы крови по глюкограмме …. 9 Беляев В. П., Мищенко С. В., Беляев П. С .

Методология проектирования средств неразрушающего контроля коэффициента диффузии в изделиях из пористых материалов …………… 14 Беляев В. П., Мищенко С. В., Беляев П. С .

Повышение точности неразрушающего контроля коэффициента диффузии в массивных изделиях из пористых материалов ………………………………. 21 Власова Е. В., Глинкин Е. И .

Автокалибровка действительного параметра концентрации по адаптивной нормируемой точности ……………………………………... 27 Майникова Н. Ф., Рогов И. В .

Влияние конечности размеров нагревателя на точность определения теплофизических свойств материалов ……………………………………… 32 Мордасов М. М., Мордасов М. Д .

Пневматический генератор прямоугольных импульсов …………………... 36 Одинокова А. А., Глинкин Е. И .

Метрологическая эффективность контроля гемостаза …………………….. 40 Одинокова А. А., Глинкин Е. И .

Определение времени свертывания крови по информативным параметрам ……………………………………………………………………. 45 Сергеева Ю. Б., Абуладзе О. К., Глинкин Е. И .

Неинвазивный мониторинг концентрации глюкозы ………………………. 48 Чернышова Т. И., Курносов Р. Ю .





Информационно-аналитическая система оценки метрологической надежности электронных измерительных средств на этапе проектирования ………………………………………………………………. 53 С е к ц и я. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ, ИЗМЕРЕНИЯ, КОНТРОЛЯ,

УПРАВЛЕНИЯ И УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ,

ПРОЦЕССОВ И УСЛУГ …………………………………………………… 57 Rafail Is’emin, Alexander Mikhalev, Dmitry Klimov, Panagiotis Grammelis, Nikolaos Margaritis, Dimitrios-Sotirios Kourkoumpas Increase of Thermal Properties of Pellets from a Mixture of Straw and Coal Sludge by Torrefaction ………………………………………………………… 57 Пономарев С. В., Буланова В. О., Буланов Е. В., Дивин А. Г .

Установка для осуществления метода линейного импульсного источника теплоты при измерении теплофизических свойств материалов …………... 68 Пономарев С. В., Мищенко С. В .

Осуществление процесса «8.3 Проектирование и разработка продукции и услуг» по требованиям Международного стандарта ISO 9001:2015 ……... 72 Пономарев С. В., Мищенко С. В., Дивин А. Г., Аль-Бусаиди С. С. С .

Применение математических методов метрологии и оптимизации как инструментов управления качеством при совершенствовании теплофизических методов и приборов ……………………………………… 77 Роганова Э. В., Гущин С. М., Глебова Т. А., Батова В. Н., Асмолова Е. А .

Проведение мероприятий перед выполнением инновационного проекта... 83 Соколов М. В .

Устройство для прогнозирования показателей качества профильного экструдата из резиновых смесей …………………………………………….. 87 С е к ц и я. АВТОМАТИЗАЦИЯ МЕТОДОВ ТЕПЛОВОГО КОНТРОЛЯ …………………………………………………………………. 91 Артыщенко С. В., Пастернак Ю. Г .

Способ просветления атмосферного оптического канала с помощью лазерного излучения со спиральным фазовым фронтом …………………... 91 Болдырев Д. В., Глинкин Е. И .

Автоматизация аналитического контроля динамики скорости оседания эритроцитов …………………………………………………………………… 94 Громов Ю. Ю., Дидрих В. Е., Иванова О. Г .

Выявление скрытых объектов на инфракрасных изображениях с учетом особенностей теплообменных процессов …………………………………... 97 Громов Ю. Ю., Дидрих В. Е., Ивановский М. А .

Использование неразрушающего теплового контроля для определения свойств объекта ………………………………………………………………. 101 Дивин А. Г., Мищенко С. В., Жиркова А. А .

Неразрушающий бесконтактный тепловой метод контроля качества объектов растительного происхождения …………………………………… 105 Егоров А. С., Дивин А. Г .

Автоматизированная система измерения теплофизических свойств овощей ………………………………………………………………………… 111 Елизаров И. А., Третьяков А. А., Назаров В. Н .

Автоматизированный лабораторный комплекс для исследования технологий производства химических добавок в бетоны, их теплофизических и химических свойств ………………………………... 115 Железнов И. А., Андреев С. Н .

Разработка методики использования фрактальных свойств объектов при дешифрировании аэрофотоснимков ………………………………………… 119 Ищук И. Н., Дмитриев Д. Д., Долгов А. А., Бебенин А. А .

Исследования по применению программного обеспечения HYDRUS-1D в задаче тепловой томографии ………………………………………………. 124 Крюкова Н. А., Павлович А. В .

Комплексные проблемы техносферной безопасности и рационализация природопользования …………………………………………………………. 131 Куриченко А. А., Ивлиев А. Д .

Устройство для регулирования напряжения переменного тока силовой сети ……………………………………………………………………………. 137 Парфирьев А. В., Степанов Е. А., Вышлов О. С .

Алгоритм системы автоматического слежения за наземным тепловым объектом ………………………………………………………………………. 140 Парфирьев А. В., Степанов Е. А., Вышлов О. С .

Способ контроля навигационных параметров при заходе на посадку беспилотных летательных аппаратов ……………………………………….. 150 Рамон Н. А., Пендер А. В., Шебуняева С. С .

Применение тепловых инфракрасных гиперспектральных изображений для обнаружения наземных метановых плюмов …………………………… 159 Ряжских В. И., Хвостов А. А., Журавлев А. А .

Расчет удельной теплоемкости азота, кислорода и их смесей в двухфазной области жидкость–пар ……………………………………….. 163 Сафаров М. М., Гуломов М. М., Зарипова М. А., Ойматова Х. Х., Абдуллоев М. А., Саидзода К. Б., Давлаатов Р. Дж., Розыков К. Н., Сафаров Ш. Р., Яхьяев Ш. О .

Автоматизированный комплекс для определения термодинамических характеристик нанопорошков и пищевых продуктов при различных температурах ………………………………………………………………….. 169 Свищо В. С., Ильиных В. О .

Современные способы создания трехмерной модели местности и тепловых объектов с использованием БПЛА ………………………………. 173 Семка В. В., Жуган В. В., Семка Б. В .

Технические решения по оптимизации компоновки оптической нагрузки видимого диапазона на БПЛА для увеличения поля обзора аэроландшафта и поиска тепловых объектов ………………………………. 178 Скирда И. А., Швецов Д. А .

Особенности магнитометрического поиска намагниченных тепловых объектов при проведении аэромагниторазведки …………………………… 184 Тищенко А. И., Ищук И. Н., Громов Ю. Ю .

Определение высоты полета беспилотного летательного аппарата для выполнения видеонаблюдения с требуемой степенью детализации информации при поиске тепловых объектов ……………………………….. 190 Третьяков А. А., Елизаров И. А., Назаров В. Н .

Автоматизированная лабораторная установка для разработки новых химических продуктов ……………………………………………………….. 194 Третьяков А. А., Елизаров И. А., Назаров В. Н .

Автоматизированная система управления процессом получения отбеливателя белофора ОЦД …………………………………………………… 198 Филимонова О. Н., Викулин А. С., Енютина М. В., Иванов А. В .

Тепловые режимы регенерации цеолитовых адсорбентов блока очистки мобильных воздухоразделительных установок ……………………………. 202 С е к ц и я. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ

ИЗУЧЕНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ

В ТВЕРДОМ, ЖИДКОМ И ГАЗООБРАЗНОМ СОСТОЯНИЯХ …….. 205 Абдужалилзода Ф., Зарипова М. А., Махмадиев Б. М., Тиллоева Т. Р., Саидзода К. Б .

Теплоемкость, теплопроводность теплоносителя системы метилового спирта и воды …………………………………………………………………. 205 Ахтямов Э. Р., Горбатов В. И., Полев В. Ф., Коршунов И. Г., Куриченко А. А .

Теплопроводность сплавов системы NI-V при высоких температурах ………………………………………………………………….. 209 Баронин Г. С., Бузник В. М., Столин А. М., Мищенко С. В., Воробьев Ю. В., Ушаков Н. В., Хрущев С. П., Воронин Н. В .

Теплофизические, триботехнические и физико-механические свойства полимерных нанокомпозитов и изделий из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), полученных объемной штамповкой в твердой фазе ……………………………………………………………………………. 213 Ветров В. В., Воробьев А. А .

Исследование конвективного теплопереноса в замкнутых вращающихся конических и лабиринтных полостях ……………………………………….. 220 Давлатов Р. Дж., Неъматов А., Гуломов М. М., Сафаров М. М .

Влияние полистирола на изменение теплоемкости жидкого бензола при атмосферном давлении при различных температурах ……………………... 225 Давлатшоев С. К., Сафаров М. М .

Гидрогеохимический мониторинг отжатия подземных минерализованных вод пресными фильтрационными потоками ……………………………….. 230 Давлатшоев С. К., Сафаров М. М .

Кондуктометрический метод исследования отжатия подземных минерализованных вод ………………………………………………………. 234 Дмитриев О. С., Барсуков А. А .

Исследование кинетики отверждения полимерных композитов калориметрическим методом ………………………………………………... 238 Зарипова М. А., Гортышов Ю. Ф., Ойматова Х. Х., Сафаров Ш. Р., Ризоев С. Г., Хусайнов З. К., Махмадалии К .

Получение углеродно-целлюлозных нанопорошков и исследование их термодинамических характеристик ……………………………………… 242 Мирзомамадов А. Г., Абдуллоев М. А., Холиков М. М., Неъматов А., Розыков К. Н., Хакимов Д. Ш., Гуломов М. М., Назирмадов Д. А., Зарипов Дж. А., Сафаров М. М .

Коэффициент адсорбции и массоотдачи механической смеси кремниевых кислот и мсунт ……………………………………………………………….. 245 Назирмадов Д. А., Сафаров М. М., Абдуназаров С. С., Мирзомамадов А. Г., Неъматов А., Абдуллоев М. А .

Влияние NaCl на изменение вязкости и плотности воды ………………….. 250 Сафаров М. М., Мирзоев С. Х., Давлатов Н. Б., Абдуллоев М. А., Гуломов М. М., Зарипова М. А .

Влияние фуллеренов и углеродных нанотрубок на изменение температуры кипения углеводородов ………………………………………. 254 Сафаров М. М., Тымеркаев Б. А., Хакимов Д. Ш., Раджабов А. Р., Гуломов М. М., Рафиев С. С., Раджабова Д. Ш .

Влияние одностенных углеродных нанотрубок (OCSIAL) на изменение теплопроводности бинарных углеводородных растворов ……………………………………………………………………… 257 Сафаров М. М., Хубатхузин А. А., Файзов Б. Г., Тиллоева Т. Р., Саидзода К. Б .

Теплоемкость гранулированных композиционных материалов на основе полимеров …………………………………………………………………….. 260 Собиров Д. Ф .

Влияние температуры и концентрации носителей на теплоемкость сегнетоэлектрика-полупроводника теллурида германия в сегнетофазном состоянии ……………………………………………………………………... 264 Собиров Д. Ф .

Поведение и термодинамические характеристики полупроводника GETE в сегнето- и парафазном состоянии …………………………………………. 270 Собиров Д. Ф., Сафаров М. М .

Потенциал Леннарда–Джонса и скорость упругой волны для полупроводников соединения АIVВVI ……………………………………….. 275 Тургунбаев М. Т., Сафаров М. М., Зарипова М. А., Ойматова Х. Х., Хусайнов З. К., Сафаров Ш. Р., Мухамадали К .

Экспериментальные данные по температуропроводности гидразинзамещенных водных растворов при высоких параметрах состояния ……………………………………………………………………… 281 ИЗ ИСТОРИИ ШКОЛЫ … ………………………………………………… 287 Пономарев С. В., Мищенко С. В .

ИСТОРИЯ ВСЕСОЮЗНЫХ И МЕЖДУНАРОДНЫХ

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ШКОЛ …………………………………………….. 287

–  –  –

УДК 681.335

НЕИНВАЗИВНЫЙ КОНТРОЛЬ КОНЦЕНТРАЦИИ

ГЛЮКОЗЫ КРОВИ ПО ГЛЮКОГРАММЕ

А. П. Бабашкина, Е. В. Власова, Е. И. Глинкин ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный технический университет», Тамбов cool.ladyanna2014@yandex.ru; birukova-ev@rambler.ru; bmt@nnn.tstu.ru Аннотация. Предложен неинвазивный контроль концентрации глюкозы крови по калибровочной глюкограмме, тождественной экспериментальному эквиваленту за счет оптимизации ее предельных параметров: глюкозы и проводимости структуры, – нормированными значениями диффузионной проводимости вольтсименсных характеристик. Контроль действительного значения концентрации глюкозы крови по калибровочной глюкосименсграмме, тождественной экспериментальному эквиваленту за счет оптимизации ее предельных параметров: глюкозы и проводимости структуры, – нормированными значениями границ адаптивного диапазона известных пациентов, по сравнению с прототипом повышает точность на несколько порядков, что позволит существенно повысить достоверность и объективность обследования за счет исключения методической погрешности из-за использования двух физических факторов .

Ключевые слова: неинвазивный контроль, глюкосименсграмма, действительные параметры, предельные концентрация и проводимость, диффузионные напряжение и ток .

Предлагаемое изобретение относится к области медицины, в частности к эндокринологии, и может быть использовано для предварительной диагностики сахарного диабета II типа при профилактических обследованиях населения .

Известен способ, основанный на связи между содержанием глюкозы в крови и электрическими характеристиками кожи и ткани, который принят за прототип. Способ определения концентрации глюкозы в крови человека [1] характеризуется тем, что измеряют посредством четырехэлектродных датчиков, закрепленных на поверхности тела человека, электрические характеристики протекающего по ткани тока, затем обрабатывают измерения электродных датчиков по предварительно откалиброванной математической модели путем сравнения результатов предлагаемого способа определения глюкозы в крови человека и любого другого известного метода определения глюкозы в крови человека, после чего определяют концентрацию глюкозы в крови человека .

Недостатками прототипа являются объемные вычисления, обусловленные отсутствием аналитической модели, адекватной физике эксперимента, и, как следствие, невысокая метрологическая эффективность из-за калибровки по статистической градуировочной характеристике .

Технической задачей способа [2] является повышение метрологической эффективности, а именно, точности за счет исключения методической погрешности из-за использования двух физических факторов .

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе неинвазивного определения концентрации глюкозы в крови человека по глюкограмме [2], в отличие от прототипа, определяют действительное значение концентрации глюкозы крови по калибровочной глюкосименсграмме (ГСГ), тождественной экспериментальному эквиваленту за счет оптимизации ее предельных параметров: глюкозы Р0 и проводимости Y0 структуры, – нормированными значениями границ адаптивного диапазона известных пациентов: глюкозы Pi, для i = 1, 2 и диффузионными проводимостями с кратным отношением Y1 и Y2 = nY1, для n 1,1 – 3, вольтамперных характеристик (ВАХ) ii (u) с оптимальными параметрами: диффузионным напряжением Ui и диффузионным током Ii, которые калибруют по измеренным токам iij, для j = 1, 2, заданным двумя напряжениями u1 и бинарным u2 = 2u1, по которым находят диффузионные проводимости Yi пациентов как отношение диффузионных параметров Yi = Ii / Ui их вольтамперных характеристик i(u) u i = I exp 1, (1) U с тождественными границам диапазона параметрами: диффузионными током Ii, напряжением Ui и проводимостью Yi = Ii / Ui i1 u1 I=, U=, (2) ln (i2 i1 2 ) i2 i1 2 глюкосименсграмма P = P0 exp (Y Y0 ) (3)

–  –  –

б)

Рис. 1. Калибровка:

а – вольт-амперная характеристика по бинарным напряжениям;

б – глюкограмма по кратным диффузионным проводимостям ГСМ находят из вольтсименсной характеристики (ВСХ) y, которая является производной тока по напряжению первообразной ВАХ (1):

uU di dI (e 1) I u U = Yeu U, y= = =e (5) du du U I где Y = .

U Диффузионная проводимость Y с концентрацией P глюкозы связаны логарифмической зависимостью, так как P y = Yeu U = Y0 ln eu U, (6) P0 откуда следует характеристика глюкосименсграммы (ГСГ (3)), которая отражает физику натурного эксперимента с тождественными границам диапазона параметрами: проводимостью Y0 и глюкозой Р0 структуры .

Из графиков видно, что вольт-амперная характеристика (рис. 1, а) оптимизирует информативные параметры исследуемой кривой относительно глюкосименсграммы (рис. 1, б) и мерам отсчета, которая определяет действительное содержание глюкозы в крови в адаптивном диапазоне калибруемых мер .

Преимуществом способа является повышение точности способа за счет исключения методической погрешности посредством калибровки в адаптивном диапазоне, регламентируемом калибруемыми значениями на его границах, а так же путем введения двух статических характеристик ВАХ и ГСГ, которые позволяют по нормированным параметрам границ адаптивного диапазона диффузионной проводимости и предельной глюкозе определять действительное содержание глюкозы в крови .

Докажем метрологическую эффективность предлагаемого способа относительно прототипа по достоверности измерений в адаптивном диапазоне для исследуемой зависимости Pi. Например, найдем для известных значений P = 2, P2 = 20 и регистрируемым отношениям y1 = 1, y2 = 2 по алгоритмам (4) информативные параметры Y0 = 0,217, Р0 = 0,2. По найденным параметрам Y0 и P0 находим из (3) действительную глюкосименсграмму Pд (рис.

1, б), тождественную эквиваленту Pэ:

Pд = Рэ = P0 exp(Y / Y0 ). (7) Относительная погрешность предлагаемого способа [2, 3] не превышает 1%, за счет использования калибровочной характеристики в адаптивном диапазоне с нормированными значениями на границах, что на порядок ниже прототипа (±10…15%) [1] .

Таким образом, определение действительного значения концентрации глюкозы крови по калибровочной глюкосименсграмме, тождественной экспериментальному эквиваленту за счет оптимизации ее предельных параметров: глюкозы и проводимости структуры, – нормированными значениями границ адаптивного диапазона известных пациентов, по сравнению с прототипом повышает точность на несколько порядков, что позволит существенно повысить достоверность и объективность обследования за счет исключения методической погрешности из-за использования двух физических факторов .

Список литературы

1. Пат. № 2342071 (РФ). Способ определения концентрации глюкозы в крови человека / Новиков И. А.. – МКИ А61В 5/053, 2008, Бюл. № 36 .

2. Пат. по заявке № 2016104199 (РФ). Способ неинвазивного определения концентрации глюкозы в крови по глюкограмме / Бабашкина А. П., Власова Е. В., Глинкин Е. И. – А61В 5/053, 2017, Бюл. № 3 .

3. Власова, Е. В. Методы оценки концентрации глюкозы крови / Е. В. Власова, Е. И. Глинкин // Вестник ТГУ. – Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВО «ТГУ им. Г. Р. Державина», 2016. – Т. 21, вып. 6. – С. 2321 – 2325 .

THE NON-INVASIVE CONTROL OF CONCENTRATION

BLOOD GLUCOSES ACCORDING TO GLYUKOGRAMMA

A. P. Babashkina, E. V. Vlasova, E. I. Glinkin Tambov State Technical University, Tambov cool.ladyanna2014@yandex.ru; birukova-ev@rambler.ru; bmt@nnn.tstu.ru Abstract. Non-invasive control of concentration of a glucose of a blood on the calibration glyukogramma identical to an experimental equivalent due to optimization of its extreme parameters is offered: glucoses and conductions of structure, – rated values of diffusive conduction the voltsimensnykh of characteristics. Control of the valid value of concentration of a glucose of a blood on the calibration glyukosimensgramma identical to an experimental equivalent due to optimization of its extreme parameters: glucoses and conductions of structure, – rated values of borders of adaptive range of the famous patients, in comparison with a prototype are raised by accuracy on several orders that will allow to increase significantly reliability and objectivity of inspection at the expense of an exception of a methodical error because of use of 2 physical factors .

Keywords: non-invasive control, glyukosimensgramma, valid parameters, extreme concentration and conduction, diffusive strain and current .

УДК 66.063.2.011

МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СРЕДСТВ

НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ДИФФУЗИИ В ИЗДЕЛИЯХ ИЗ ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

–  –  –

Аннотация. С позиций единого методологического подхода рассмотрены импульсные методы, позволяющие реализовать неразрушающий контроль коэффициента диффузии полярных растворителей в тонколистовых и массивных изделиях из изотропных и анизотропных пористых материалов. При проведении контроля используются плоские участки поверхности изделий для размещения на них измерительных устройств, с помощью которых осуществляется нанесение импульсного воздействия заданной конфигурации и регистрация отклика на это воздействие. Рассмотрены конструкции измерительных устройств, обеспечивающих реализацию разработанных методов .

Ключевые слова: неразрушающий контроль, коэффициент диффузии, изделия из пористых материалов .

Для оптимального проектирования технологических процессов производства и эксплуатации изделий из пористых материалов (ПМ) необходимо располагать данными о коэффициенте диффузии распределенных в твердой фазе веществ. Определению коэффициента диффузии посвящено значительное количество научных работ [1, 2] .

Применяемые методы характеризуются значительной продолжительностью и предусматривают изготовление специальных образцов для исследований, что делает затруднительным их использование для оперативного контроля готовых изделий из ПМ .

Повышение производительности исследований коэффициента диффузии в пористых средах возможно при реализации неразрушающего контроля на основе использования импульсных воздействий на контролируемые изделия. Работы по созданию таких высокопроизводительных методов неразрушающего контроля коэффициента диффузии в пористых материалах начались сравнительно недавно и были направлены на исследование массопереноса в тонколистовых материалах [3 – 6]. В настоящее время актуальной задачей является развитие данных и разработка новых методов неразрушающего контроля, расширяющих возможности измерительной аппаратуры в плане исследуемых изделий и материалов .

Поставлена задача разработать единый методологический подход в проектировании устройств неразрушающего контроля коэффициента диффузии полярных растворителей в изделиях из пористых материалов с использованием электрохимических преобразователей концентрации диффузантов в твердой фазе и с учетом возможной анизотропии свойств .

Предлагаемый подход основан на использовании для измерения искомой характеристики плоских участков поверхности изделий, с размещением на этих участках переносных измерительных устройств перед проведением активной части экспериментов, нанесении импульсных воздействий заданной конфигурации и измерении откликов на эти воздействия .

При этом измеряются отклики не в виде традиционно используемых изменений концентрации диффузантов в твердой фазе анализируемых ПМ, а в виде изменения электродвижущей силы электрохимического преобразователя (ЭХП), однозначно связанной с концентрацией диффузанта. Разработанные методы позволяют исключить трудоемкую и длительную операцию по градуировке применяемого ЭХП по каждой новой системе ПМ–диффузант (десятки часов), что существенно повышает производительность контроля .

Режимные переменные реализации процессов измерения коэффициента диффузии и конструктивные параметры измерительных устройств выбираются из условия протекания в измерительных устройствах массопереноса, аналогичного диффузии в неограниченных телах канонической формы .

Обобщенная математическая модель процессов массопереноса в изделиях из ПМ при реализации методов имеет вид U ( r, ) 1 k U ( r, ) Q =D k + ( r, ); (1) r r r r 0 U (0, ) = 0; U (, ) = U 0, 0 ; 0 r ; U ( r,0) = U 0 ; (2) r где U(r, ) – концентрация растворителя в исследуемом изделии на расстоянии r от линейного или точечного источника импульса массы в момент времени ; D – коэффициент диффузии; (r, ) – дельтафункция Дирака; 0 – плотность абсолютно сухого исследуемого материала; Q – мощность «мгновенного» источника растворителя, подействовавшего в начале координат r = 0; U 0 – начальная концентрация растворителя в исследуемом материале в момент времени = 0 ;

k – константа, равная 0, 1 или 2, соответственно, для пластины, цилиндра или шара .

Исследование тонколистовых и массивных изделий из изотропных ПМ осуществляют в соответствии с методами, использующими реакцию контролируемых объектов на точечное импульсное воздействие дозой растворителя. Для исследования тонколистовых и массивных изделий из анизотропных ПМ предлагаются методы, использующие реакцию контролируемых объектов на линейное импульсное воздействие дозой растворителя. Коэффициент диффузии определяется по обобщенному расчетному соотношению [7 – 10]

D = r02 (2i max ), (3)

где max – время, соответствующее максимуму на кривой U(r0, ) изменения концентрации на расстоянии r0 от источника; i – константа, равная 1; 2 или 3, соответственно, для пластины, цилиндра или шара .

В качестве основной переменной, определяющей конструктивные параметры разрабатываемых устройств, принята величина расстояния r0 от электродов ЭХП до точки или линии импульсного воздействия .

В результате исследований было принято решение о размещении основных электродов гальванического преобразователя на расстоянии r0 = 4 мм и дополнительных электродов на расстоянии 3 и 5 мм [8, 10] .

Дальнейшее удаление преобразователя от источника вызывает увеличение длительности эксперимента, необходимых размеров плоского участка контролируемых изделий и габаритных размеров измерительных устройств при незначительном повышении точности контроля .

В качестве основной режимной переменной предлагаемых методов рассматривается величина дозы растворителя, наносимой на поверхность контролируемых изделий, обеспечивающей повышение точности измерений за счет использования заданного диапазона статической характеристики ЭХП .

При контроле коэффициента диффузии в массивных изделиях из изотропных ПМ к плоской поверхности изделия с равномерным начальным распределением растворителя прижимается устройство с импульсным точечным источником дозы растворителя мощностью Q .

Устройство снабжено электродами ЭХП, расположенными на концентрической окружности радиусом r0 относительно точки импульсного воздействия на изделие. Поверхность устройства, прижимаемая к плоской поверхности изделия, выполнена из не смачиваемого растворителем материала. Конструктивно устройство выполнено таким образом, чтобы после подачи дозы растворителя обеспечивать гидроизоляцию поверхности изделия в зоне действия источника и прилегающей к ней области контроля распространения растворителя. При проведении активной части эксперимента (после нанесения импульсного воздействия) регистрируется изменение выходной характеристики E(r0, ) ЭХП во времени на заданном расстоянии r0 от источника. Габариты контролируемого изделия должны превышать размеры полусферы радиуса 10 r0 с центром в точке нанесения импульса, расположенной в массиве изделия, чтобы обеспечить возможность применения математической модели (1), (2) массопереноса в неограниченном теле при k = 2. Таким образом, блочные изделия толщиной свыше 40 мм могут быть исследованы предлагаемым методом. В случае меньшей толщины изделий (гипсовые панели, цементно-стружечные плиты), контроль коэффициента диффузии можно проводить на блоках, собранных из нескольких пластин. Коэффициент диффузии может быть определен по расчетному выражению (3) при i = 3 .

При контроле коэффициента диффузии в тонколистовых изделиях из изотропных ПМ исследуемый тонколистовой материал накладывается на подложку из несмачиваемого материала. Импульсное воздействие Q и контакт электродов ЭХП на концентрической окружности радиусом r0 относительно точки импульсного воздействия осуществляется на верхней плоской поверхности контролируемого изделия .

Особенностью разработанной методики реализации предложенного метода является то, что в исследуемом теле организуют массоперенос, аналогичный процессу диффузии в неограниченном цилиндре при действии линейного источника. Для этого толщина тонколистового материала не должна превышать 0,1 r0, а плоский участок контролируемого изделия, на котором фиксируется измерительное устройство, должен иметь достаточные габариты для возможности адекватного описания процесса массопереноса в активной части эксперимента с помощью краевой задачи (1), (2) при k = 1. Таким образом, контроль коэффициента диффузии может быть осуществлен при толщине изделия до 0,5 мм. В этом случае коэффициент диффузии может быть определен по расчетному выражению (3) при i = 2 .

При существенной анизотропии свойств распространение растворителя от точечного источника не является симметричным, так как происходит с разной скоростью из-за существенной зависимости свойств материала от направления массопереноса, поэтому используемые математические модели не адекватны процессам массопереноса в измерительном устройстве. Для реализации неразрушающего контроля коэффициента диффузии применительно к изделиям из анизотропных ПМ разработаны методы, основанные на линейном импульсном воздействии. При проведении исследований диффузии в тонколистовых анизотропных материалах исследуемый плоский участок изделия с равномерным начальным содержанием растворителя U0 размещается на подложке и наносится импульсное воздействие дозой растворителя мощностью Q вдоль прямоугольной полосы длиной L и шириной s. На расстоянии xc от линейного источника расположены чувствительные элементы ЭХП длиной l для контроля локальной концентрации на линиях, параллельных источнику. Особенностью разработанного метода является то, что в исследуемом теле организуют прямолинейный массоперенос, аналогичный процессу диффузии в неограниченной пластине при действии плоского импульсного источника. Для этого размеры исследуемого плоского участка изделия, длины L и ширины s линии импульсного воздействия, координату контроля концентрации xc и толщину тонколистового материала h выбирают так, чтобы обеспечивалась возможность адекватного описания прямолинейного массопереноса в перпендикулярном к линии импульсного воздействия направлении с помощью краевой задачи (1), (2) при k = 0. В этом случае коэффициент диффузии может быть определен по расчетному выражению (3) при i = 1. Полосу импульсного воздействия ориентируют в заданном направлении материала (например, вдоль или поперек волокон). При этом обеспечивается однонаправленный массоперенос в нужном направлении, не искаженный массопереносом в перпендикулярном к исследуемому направлении .

За счет этого повышается точность контроля и возможность определения коэффициента диффузии растворителей в различных направлениях анизотропного пористого материала .

Метод неразрушающего контроля коэффициента диффузии в массивных изделиях из анизотропных ПМ также базируется на линейном импульсном воздействии. Импульсное воздействие Q и контакт электродов ЭХП осуществляются на верхней плоской поверхности контролируемого изделия. Особенностью предложенного метода является то, что в исследуемом теле организуют массоперенос, аналогичный процессу диффузии в неограниченном цилиндре при действии линейного источника. Для этого толщина массивного изделия и плоский участок контролируемого изделия, на котором фиксируется измерительное устройство, должны иметь достаточные габариты для возможности адекватного описания процесса массопереноса в активной части эксперимента с помощью краевой задачи (1), (2) при k = 1 .

В этом случае коэффициент диффузии может быть определен по расчетному выражению (3) при i = 2. Для определения коэффициента диффузии растворителей в различных направлениях анизотропного ПМ в составе массивного изделия, например, материала с ориентированным расположением волокон, линию импульсного воздействия дозой растворителя ориентируют вдоль или поперек волокон аналогично методу для тонколистовых анизотропных ПМ .

Методы апробированы на ряде тонколистовых и массивных изделий из ПМ в диапазоне изменения коэффициента диффузии от ~110–9 до ~210–8 м2/с [8 – 10]. Случайная погрешность определения коэффициента диффузии не превышала 6…9% для изотропных материалов и 8…13% – для анизотропных. Максимальная длительность эксперимента порядка 1 часа .

Таким образом, представленные в рамках единого методологического подхода методы неразрушающего контроля коэффициента диффузии полярных растворителей, позволяют проводить оперативный контроль искомой характеристики в тонколистовых и массивных изделиях из изотропных и анизотропных пористых материалов .

Список литературы

1. Delgado, J. M. P. Q. Application of different transient sorption methods to evaluate moisture diffusion coefficients of building materials on the hygroscopic range / J. M. P. Q. Delgado, N. M. M. Ramos, de V. P. Freitas // Journal of Building Physics. – 2011. – P. 251 – 266 .

2. Modern Drying Technology. V. 2: Experimental Techniques / A. S. Mujumdar, E. Tsotsas (Eds). – Weinheim: Wiley-VCH VerlagGmbH&Co. KGaA, 2009. – 374 p .

3. Пат. 2199106 РФ, МПК G 01 N 15/08, 27/00. Способ определения коэффициента влагопроводности листовых капиллярно-пористых материалов / Беляев П. С., Гладких В. А., Сафронова Е. Н., Беляев М. П.; заявитель и патентообладатель ТГТУ. – № 2000130439; заявл. 04.12.2000; опубл. 20.02.2003, Бюл. № 5 .

4. Беляев, М. П. Неразрушающий экспресс-контроль коэффициента диффузии полярных растворителей в тонких изделиях / В. П. Беляев, М. П. Беляев // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2008. – Т. 14, № 1. – С. 41 – 47 .

5. Мочалин, С. Н. Выбор оптимальных условий измерения характеристик влагопереноса в тонколистовых капиллярно-пористых материалах методом «мгновенного» источника влаги / С. Н. Мочалин, И. Н. Исаева, С. В. Пономарев // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2010. – Т. 16, № 3. – С. 533 – 545 .

6. Беляев, М. П. Автоматизированная система неразрушающего контроля коэффициента диффузии растворителей в тонких изделиях из капиллярнопористых материалов / М. П. Беляев, В. П. Беляев, А. Г. Дивин // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2010. – Т. 16, № 4. – С. 797 – 802 .

7. Проектирование измерительного устройства для определения коэффициента диффузии растворителей в тонких изделиях из капиллярнопористых материалов / В. П. Беляев, М. П. Беляев, С. В. Мищенко, П. С. Беляев // Измерительная техника. – 2013. – № 10. – С. 65 – 69 .

8. Беляев, В. П. Выбор оптимальных параметров режима измерений коэффициента диффузии растворителей при неразрушающем контроле изделий из капиллярно-пористых материалов / В. П. Беляев, С. В. Мищенко, П. С. Беляев // Измерительная техника. – 2015. – № 5. – С. 68 – 71 .

9. Беляев, В. П. Определение коэффициента диффузии при неразрушающем контроле тонких изделий из анизотропных пористых материалов / В. П. Беляев, С. В. Мищенко, П. С. Беляев // Измерительная техника. – 2017. – № 4. – С. 60 – 64 .

10. Беляев, В. П. Реализация неразрушающего контроля массивных изделий при измерении коэффициента диффузии растворителей / В. П. Беляев, С. В. Мищенко, П. С. Беляев // Инженерно-физический журнал. – 2017, Т. 90, № 3. – С. 733 – 741 .

METHODOLOGY FOR DESIGNING NON-DESTRUCTIVE

TESTING EQUIPMENT DIFFUSION COEFFICIENT

IN POROUS MATERIALS

–  –  –

Abstract. That makes it possible to realize non-destructive control of the diffusion coefficients for polar solvents in thin-sheet and massive products made from isotropic and anisotropic capillary-porous materials. During the investigation, flat areas of the products surfaces are used to place measuring devices on them .

With the help of measuring devices, the impulse action of a given configuration is performed and the response to this effect is registered. Measuring devices design of the developed methods is also considered .

Keywords: non-destructive testing, diffusion coefficient, porous materials products .

УДК 66.063.2.011

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

КОЭФФИЦИЕНТА ДИФФУЗИИ В МАССИВНЫХ ИЗДЕЛИЯХ

ИЗ ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

–  –  –

Аннотация. Рассматривается метод определения коэффициента диффузии растворителей в массивных изделиях из пористых материалов, характеризующихся существенной анизотропией свойств, обеспечивающий возможность непосредственного контроля изделий без их разрушения .

Ключевые слова: неразрушающий контроль, коэффициент диффузии, изделия из пористых материалов, анизотропия .

Развитие современных высокотехнологичных производств тесно связано с использованием новых пористых материалов (ПМ), качественные характеристики которых определяются особенностями протекания процессов массопереноса жидких и газообразных сред, а также превращениями на границе раздела фаз [1, 2]. Интенсивные исследования в направлении использования перспективных технологических решений и применяемых модификаторов приводят к появлению значительного количества новых композиционных материалов [3] .

Оценка их эффективности часто определяется способностью обеспечивать массоперенос целевых компонентов по системе пор, которая характеризуется коэффициентом диффузии. В настоящее время часто используются изделия в виде блоков или панелей из волокнистых композиционных материалов [4, 5], которые могут обладать существенной анизотропией свойств, обусловленной вынужденной или случайной ориентацией волокон при их производстве [4 – 6] .

Для определения коэффициента диффузии в композиционных материалах наиболее часто используются методы, предусматривающие измерение пространственных распределений диффундирующих веществ [7, 8]. Применяемая при этом аппаратура характеризуется значительными массогабаритными параметрами и высокой стоимостью, а реализуемые методики измерения значительной продолжительностью [9, 10]. Большинство известных методов предусматривают использование образцов специальных форм и размеров [7 – 10], что делает затруднительным их использование для неразрушающего оперативного контроля коэффициента диффузии в готовых изделиях .

Наличие заметной анизотропии свойств [11] существенно осложняет решение задачи разработки метода неразрушающего контроля .

Представленный нами в [12] импульсный метод, базирующийся на точечном импульсном воздействии, при контроле изделий с выраженной анизотропией свойств обладает существенной методической погрешностью из-за существенного различия свойств материала в различных направлениях .

Цель настоящей работы – повышение точности неразрушающего контроля коэффициента диффузии растворителей в массивных изделиях из анизотропных пористых материалов .

Для достижения поставленной цели в контролируемом массивном изделии организуют массоперенос, аналогичный процессу диффузии в неограниченном цилиндре при действии линейного источника. Для этого к плоской поверхности изделия прижимается измерительный зонд, обеспечивающий линейное импульсное воздействие дозой растворителя и контроль изменения электродвижущей силы (ЭДС) гальванического преобразователя (ГП) на линии, параллельной линии нанесения импульсного воздействия и на заданном расстоянии от нее .

После подачи импульсного воздействия зонд должен обеспечивать гидроизоляцию поверхности изделия в зоне действия источника .

Процесс распространения растворителя в массивном изделии после нанесения такого импульса описывается краевой задачей массопереноса в неограниченной среде при нанесении импульсного воздействия от линейного источника массы:

U (r, ) 1 U (r, ) W + (r, ), 0, 0 r, =D (1) r r r r 0

–  –  –

где max – время, соответствующее максимуму на кривой U(r0, ) изменения концентрации растворителя на расстоянии r0 от оси источника .

Вследствие монотонности статической характеристики ГП достижение концентрацией U(r0, ) своего максимального значения определяется в момент времени, соответствующий максимальному значению ЭДС гальванического преобразователя [12]. Это позволяет существенно повысить производительность исследований за счет исключения необходимости проведения градуировки ГП по каждому исследуемому материалу [12] .

На рисунке 1 представлено измерительное устройство для реализации предлагаемого метода неразрушающего контроля .

Измерительное устройство прижимается к исследуемому материалу 1 плоской поверхностью в виде прямоугольника с размерами 100 120 мм. На несущей рамке 3 закреплена пластина 2 из политетрафторэтилена толщиной 4 мм с помощью четырех винтов 8. На рамке 3 вдоль ее длинных сторон закреплены два профильных элемента 4 из стеклотекстолита, по направляющим которых в устройстве размещается стальной груз 5 для обеспечения необходимого усилия прижатия к контролируемому изделию .

–  –  –

Рис. 1. Измерительное устройство Пластина 2 имеет прямолинейный паз 9, в котором перемещается линейный импульсный источник растворителя. Обращенная к исследуемому изделию плоскость пластины 2 имеет уплотнения (на рисунке не показаны). По обе стороны от оси паза и параллельно ей на расстояниях 3, 4 и 5 мм размещены электроды 10 – 15 ЭХП в виде прямолинейных отрезков длиной 3 мм и диаметром 0,2 мм. Длина паза для линейного источника составляет 100 мм. Электроды 10 – 15 выполнены из стальной упругой проволоки с нанесенным гальваническим способом покрытием цинком и медью, частично выступающей над поверхностью пластины 2 и с возможностью перемещения в специальные пазы при прижатии к исследуемому изделию. Соединительные провода от электродов подключены к коннектору 6. После подачи импульса растворителя источник удаляется из устройства, паз 9 герметизируется заглушкой 7, а само устройство обеспечивает гидроизоляцию поверхности образца в зоне действия источника и прилегающей к ней области контроля распространения растворителя .

Измерительное устройство апробировано при исследовании диффузии влаги и этанола в ряде массивных изделий из ПМ: газосиликатных блоках, пеногипсобетоне, цементно-стружечных плитах .

На рисунке 2 в качестве примера представлены результаты двадцатикратных измерений коэффициента диффузии влаги вдоль и поперек волокон ЦСП .

Рис. 2. Результаты контроля коэффициента диффузии влаги в ЦСП в i-м эксперименте (i = 1…20) при r0 = 4 мм В настоящее время нет возможности оценить систематическую составляющую погрешности в связи с отсутствием эталонных материалов для рассматриваемого класса систем ПМ–растворитель, поэтому проводилась оценка случайной составляющей погрешности .

Случайная погрешность определения коэффициента диффузии для анизотропных ПМ при доверительной вероятности 0,95 не превышала 10…13%. Максимальная длительность эксперимента порядка 1 часа .

Список литературы

1. Рудобашта, С. П. Тепломассоперенос при сушке в осциллирующем электромагнитном поле / С. П. Рудобашта, Э. М. Карташов, Н. А. Зуев // Теоретические основы химической технологии. – 2011. – Т. 45, № 6. – С. 641 – 647 .

2. Карташов, Э. М. Диффузия в химико-технологических процессах / Э. М. Карташов, С. П. Рудобашта. – М.: Колосс, 2010. – 478 с .

3. Каблов, Е. Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года / Е. Н. Каблов // Авиационные материалы и технологии. – 2012. – № S. – С. 7 – 17 .

4. Современные строительные композиционные материалы на основе древесных отходов / Р. Г. Сафин, В. В. Степанов, Э. Р. Хайруллина и др. // Вестник Казанского технологического университета. – 2014. – Т. 17, № 20. – С. 123 – 128 .

5. Власенко, Ф. С. Применение полимерных композиционных материалов в строительных конструкциях / Ф. С. Власенко, А. Е. Раскутин // Тр. ВИАМ. – 2013, № 8. – С. 4 – 13 .

6. Drchalov, J. A simple gravimetric method for determining the moisture diffusivity of building materials / J. Drchalov, R. ern // Construction and building materials. – 2003. – V. 17, N 3. – P. 223 – 228 .

7. Roels, S. Analysis of moisture flow in porous materials using microfocus X-ray radiography / S. Roels, J. Carmeliet // Int. J. Heat Mass Transfer. – 2006. – V. 49, N 25. – P. 4762 – 4772 .

8. Scheffler, G. A. Methods for moisture storage and transport property determination of autoclaved aerated concrete / G. A. Scheffler, R. Plagge // Art. submitted 5th Int. Autoclaved Aerated Concrete Conf., September 2011. – Bydgoszcz, Poland. – P. 337 – 350 .

9. Modern Drying Technology. V. 2: Experimental Techniques / A. S. Mujumdar, E. Tsotsas (Eds). – Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2009. – 384 p .

10. Determination of moisture diffusivity in porous materials using gammamethod / M. I. Nizovtsev, S. V. Stankus, A. N. Sterlyagov et al. // Int. J. Heat Mass Transfer. – 2008. – V. 51, N 17. – P. 4161 – 4167 .

11. Zuev, A. V. Model of the Structure of Fibrous Heat-Insulating Materials for Analyzing Combined Heat Transfer Processes / A. V. Zuev, P. V. Prosuntsov // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. – 2014. – V. 87, N 6. – P. 1374 – 1385 .

12. Belyaev, V. P. Implementation of Nondestructive Testing of Massive Products in Measuring the Diffusivity of Solvents / V. P. Belyaev, S. V. Mishchenko, P. S. Belyaev // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. – 2017. – V. 90, N 3. – P. 697 – 704 .

13. Карслоу, Г. Теплопроводность твердых тел / Г. Карслоу, Д. Егер. – М.: Наука, 1964. – 487 с .

IMPROVING THE ACCURACY OF NON-DESTRUCTIVE

CONTROL OF THE DIFFUSION COEFFICIENT

IN MASSIVE PRODUCTS OF POROUS MATERIALS

–  –  –

Abstract. Method for determining the diffusion coefficient of solvents in massive products from porous materials characterized by a significant anisotropy of their properties is proposed. The method allows to control products without destroying them .

Keywords: non-destructive testing, diffusion coefficient, porous materials products, anisotropy .

УДК 616-71:616.379-008.64

АВТОКАЛИБРОВКА ДЕЙСТВИТЕЛЬНОГО

ПАРАМЕТРА КОНЦЕНТРАЦИИ ПО АДАПТИВНОЙ

НОРМИРУЕМОЙ ТОЧНОСТИ

–  –  –

Аннотация. Предложена автокалибровка действительного параметра концентрации глюкозы крови по адаптивной нормируемой точности глюкотензограммы. Изобретение относится к области медицины, а именно, к диагностике. Для определения концентрации глюкозы в крови регистрируют отношения измеренных натощак значений систолического и диастолического артериальных давлений на левой и правой руках. Автокалибровка повышает метрологическую эффективность, точность и достоверность определения концентрации глюкозы в крови за счет снижения методической и инструментальной погрешности путем введения регулируемой нормируемой меры точности, автоматически отслеживающей адаптивный диапазон .

Ключевые слова: автокалибровка, глюкотензограмма, действительный параметр, предельные концентрация и артериальное давление, адаптивная нормируемая точность .

Известен способ определения концентрации глюкозы в крови [1], в котором утром, в отличие от известных решений определяют концентрацию глюкозы крови через отношение n по калибровочной характеристике, калибровку проводят априори на границах адаптивного диапазона для пациентов с известными содержанием глюкозы и регистрируемым отношением n, по которым находят предельное отношение n0 систолического давления к диастолическому давлению и предельное содержание P0 глюкозы крови, по которым строят калибровочную характеристику для определения действительного содержания глюкозы крови P по формуле, ммоль/л n P = P0 • exp n0. (1) Способ, по сравнению с аналогом, заменяет статистическую градуировку множества переменных адаптивной калибровкой по образцам, что повышает точность определения концентрации глюкозы по давлению для пациента при индивидуальном подходе. Недостатками способа [1] являются низкая достоверность результатов из-за отсутствия нормированной меры точности, автоматически отслеживающей адаптивный диапазон .

Технической задачей способа [2 – 5] является повышение метрологической эффективности, а именно, точности и достоверности, за счет снижения методической и инструментальной погрешности путем введения регулируемой нормируемой меры точности, автоматически отслеживающей адаптивный диапазон .

1. Для определения действительного значения физического параметра производят [1, 2] измерение и регистрируют величины, от которых зависит значение искомого физического параметра, для двух известных образцовых регистрируемых величин и значений физических параметров, соответствующих нижней и верхней границам диапазона измерения, находят предельные параметры исследуемой калибровочной характеристики для определения действительного значения физического параметра. Регистрируют отношение n максимального систолического давления PS к минимальному диастолическому давлению PD на левой и правой руках n = PS / PD. (2)

2. Для двух образцов границ диапазона измерения по калибровочной характеристике глюкотензограммы находят предельное отношение систолического к диастолическому артериальных давлений и предельное содержание глюкозы крови и определяют концентрацию глюкозы крови .

Калибровку проводят априори на границах адаптивного диапазона для пациентов с известным содержанием P, P2 глюкозы в крови, для которых регистрируют отношения n1 и n2 систолического давления к диастолическому давлению. По двум регистрируемым и известным значениям n1, P и n2, P2 находят предельное отношение n0 систолического давления к диастолическому давлению и предельное содержание глюкозы P0 в крови (рис. 1) .

Содержание P глюкозы в крови определяют по калибровочной глюкотензограмме (1), ммоль/л, через отношение n максимального систолического и минимального диастолического давления (рис.

1 кривая 2), с учетом информативных параметров: P0 – предельное содержание глюкозы в крови и n0 – предельное отношение давлений:

–  –  –

3. Для повышения достоверности в адаптивном диапазоне предложено при измерении глюкозы крови по артериальному давлению использовать для определения действительного содержания глюкозы крови все возможные сочетания [2] отношений давлений: n01 – минимальное систолическое к максимальному диастолическому, n11 – максимальное систолическое к максимальному диастолическому, n00 – минимальное систолическое к минимальному диастолическому и n10 – максимальное систолическое к минимальному диастолическому, по которым вычисляют соответственные значения глюкозы, используя калибровочную кривую с известными предельными параметрами .

4. Формируют комплексную оценку всех результатов концентрации глюкозы и нормированный эквивалент их максимальной величины, отношение которых служит адаптивной нормированной точностью .

5. Действительным значением принимают адаптивную меру нормированного эквивалента, представляемого средним арифметическим измеренных результатов концентрации глюкозы, расположенного в границах адаптивного диапазона с погрешностью, регламентируемой адаптивной нормированной точностью [4, 5] .

В качестве действительного значения выбрано именно среднее арифметическое Pij (4) 4 i =0 j =1 всех возможных сочетаний nij и соответствующих им значений глюкозы Pij, поскольку

–  –  –

Предельные значения точности Q = 1 и погрешности = 0 служат закономерностями, положенными в основу автоматического регулирования нормируемой меры точности, отслеживающей адаптивный диапазон .

Таким образом, измерение глюкозы в крови по калибровочной характеристике, автоматически регулируемой в нормируемых границах адаптивного диапазона, выбора действительного значения глюкозы посредством среднего арифметического и заранее регламентированной адаптивной нормированной меры точности [3 – 5], в отличие от способа [1], снижает методическую погрешность более чем на 65%, что в итоге в 1,65 раз повышает метрологическую эффективность по достоверности определения концентрации глюкозы по давлению .

Список литературы

1. Пат. № 2444279 (РФ), МКИ А61 5/022: Способ определения концентрации глюкозы в крови / Русавская И. В., Бирюкова Е. В., Глинкин Е. И. // Изобретения. Полезные модели. – 2012, Бюл. № 8 .

2. Пат. № 2636181 (РФ). Способ определения действительного значения физического параметра / Власова Е. В., Глинкин Е. И. – А61В 5/145, 5/02, 2017, Бюл. № 33 .

3. Эльбаев, А. Д. Диагностические системы взаимосвязи параметров гемодинамики и уровня глюкозы в крови / А. Д. Эльбаев // Клиническая физиология кровообращения. – 2006. – № 3. – С. 15 – 20 .

4. Бирюкова, Е. В. Сопоставительный анализ способов определения погрешностей при измерении артериального давления / Е. В. Бирюкова, И. В. Русавская, Е. И. Глинкин // Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы (Биомедсистемы-2009): сб. Междунар. конф. – Рязань: РГРТУ, 2009. – С. 12 – 14 .

5. Власова, Е. В. Оценка эффективности по нормируемым мерам измерения / Е. В. Власова, Е. И. Глинкин // Вестник ТГУ. – Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВО «ТГУ им. Г. Р. Державина, 2017. – Т. 22, вып. 2. – С. 479 – 485 .

–  –  –

Abstract. Autocalibration of the valid parameter of concentration of glucose of blood on the adaptive normalized glyukotenzogramma accuracy is offered .

The invention belongs to the field of medicine, namely to diagnostics. For definition of concentration of glucose in blood register the relations of the values of systolic and diastolic arterial pressure measured on an empty stomach on the left and right hands. Autocalibration increases metrological efficiency, accuracy and reliability of definition of concentration of glucose in blood due to decrease in a methodical and tool error by introduction of the adjustable normalized measure of the accuracy which is automatically tracing adaptive range .

Keywords: autocalibration, a glyukotenzogramma, the valid parameter, extreme concentration and arterial blood pressure, the adaptive normalized accuracy .

УДК 53.088

ВЛИЯНИЕ КОНЕЧНОСТИ РАЗМЕРОВ НАГРЕВАТЕЛЯ

НА ТОЧНОСТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ

–  –  –

Аннотация. Рассмотрено влияние конечности размеров линейного нагревателя на погрешность определения теплофизических свойств материалов .

Ключевые слова: линейный источник тепла; математическое моделирование; метрологический анализ, погрешность, теплопроводность .

–  –  –

где J 0 (x), J1 (x) – цилиндрические функции первого рода или функции Бесселя первого рода нулевого и первого порядка, соответственно;

K 0 (x), K1 (x) – цилиндрические функции второго рода или функции Неймана .

При больших и через мощность на единицу длины ( q0 = q0 R ):

–  –  –

Список литературы

1. Жуков, Н. П. Многомодельные методы и средства неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов и изделий / Н. П. Жуков, Н. Ф. Майникова. – М.: Машиностроение-1, 2004. – 288 с .

–  –  –

Abstract. The influence of final measures of heater and its heat capacity on the measurement error of materials thermal physical characteristics is considered .

Keywords: linear heat source, mathematical modeling, metrological analysis, measurement error, the thermal conductivity УДК 681.523.2(055)

ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР

ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ

–  –  –

Аннотация. Рассмотрена принципиальная пневматическая схема генератора прямоугольных импульсов, отличие которой состоит в изменении скважности от 1 до при независимой настройке времени длительности импульсов и длительности пауз в генерируемой последовательности. Теоретически и экспериментально обоснована работоспособность предложенного устройства .

Ключевые слова: генератор, пневматический, скважность, длительность импульсов и пауз, независимая настройка .

При технической реализации систем автоматического контроля и управления, часто возникает необходимость в получении импульсов давления сжатого воздуха [1 – 5]. В пневматических системах задача решается при помощи пневматических генераторов импульсов .

В настоящей статье приводится описание устройства и принципа действия генератора прямоугольных импульсов, обладающего как раздельной независимой настройкой длительности паузы пз и длительности и импульса, определяемых частоту и период следования импульсов, так и расширенным диапазоном настройки скважности импульсов .

Пневматический генератор импульсов (рис. 1) содержит пневматическое реле 1 с подпором в камере 2, выход которого подключен через переменный дроссель 3 в сопло 4 пневматического реле 5 и непосредственно в его камеру 6. Сопло 7 через переменный дроссель 8 соединено с атмосферой. В камеру 9 подан подпор, а сопловые камеры 10, 11 и пневматическая емкость 12 подключены к камере 13 пневматического реле 1. В сопло 14 подано давление питания .

После подачи давления питания в сопло 14 пневматического реле 1 и давления подпора в камеру 2 на выходе формируется давление Рвых = 1. Это давление поступает в камеру 6 пневматического реле 5, перемещает мембранный блок, закрывая сопло 7 и открывая сопло 4 .

Рис. 1. Принципиальная пневматическая схема генератора прямоугольной формы Давление Рвых = 1, проходя через первый переменный дроссель 3 и открытое сопло 4, заполняет пневматическую емкость 12. Происходит рост давления в емкости 12. В установившемся режиме работы изменение давления в емкости 12 происходит от нижнего Ра до верхнего Рб уровня срабатывания пневматического реле 1 .

Время tаб заполнения емкости 12 определяется уравнением в виде

–  –  –

Список литературы

1. Мордасов, Д. М. Физические основы пневмодинамического измерения пористости веществ / Д. М. Мордасов, М. М. Мордасов, Н. А. Булгаков // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2009. – Т. 15, № 3. – С. 661 – 666 .

2. Мордасов, Д. М. Пневматическое времяимпульсное устройство для измерения плотности сыпучих материалов / Д. М. Мордасов, М. М. Мордасов, Н. А. Булгаков // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2000. – Т. 6, № 2. – С. 201 – 206 .

3. Мордасов, Д. М. Пневмодинамический метод измерения удельного объема твердой фазы гетерогенных систем / Д. М. Мордасов, М. М. Мордасов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2002. – Т. 68, № 3. – С. 27 – 29 .

4. Мордасов, Д. М. Бесконтактный аэрогидродинамический измерительный генератор / Д. М. Мордасов, М. М. Мордасов, А. П. Савенков // Приборы. – 2014. – № 8(170). – С. 10 – 14 .

5. Мордасов, Д. М. Пневмодинамический числоимпульсный метод контроля плотности жидкостей / Д. М. Мордасов // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2005. – Т. 11, № 2. – С. 363 – 367 .

6. Ибрагимов, И. А. Элементы и системы пневмоавтоматики / И. А. Ибрагимов, Н. Г. Фарзане, Л. В. Илясов. – М.: Высшая школа, 1984. – 544 с .

–  –  –

Abstract. The principle pneumatic scheme of a rectangular pulse generator was being considered, the difference of which consists in changing the working cycle from 1 to with independent setting of the pulse duration and duration of the pause in the generated sequence. Theoretically and experimentally justified the characteristics of the proposed device .

Keywords: generator, pneumatic, signal ratio, pulse and pause duration, independent tuning .

УДК 681.335

МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

КОНТРОЛЯ ГЕМОСТАЗА

–  –  –

Аннотация. Оценена метрологическая эффективность времени свертывания крови при контроле гемостаза по калибровочным характеристикам, компенсирующим неопределенность информативных параметров .

Ключевые слова: контроль гемостаза, метрологическая эффективность, время свертывания крови, информативные параметры, калибровочные характеристики, прототип и инновация, оценка, методическая погрешность .

Рассмотрим метрологическую эффективность данного способа .

За прототип принят способ определения функционального состояния системы гемостаза [см. патент РФ №2430380, G01N 33/86, 2011], заключающийся в том, что проводят измерение амплитуды записи процесса свертывания крови в его начале, определяют показатели начала и конца процесса свертывания электрокоагулограммы крови и сравнивают их с одноименными показателями процесса свертывания крови в норме, и при разнонаправленных отклонениях диагностируют нарушения функционального состояния системы гемостаза, регистрируют текущую амплитуду сопротивления крови в первый момент времени и измеряют второе сопротивление крови в кратный момент времени от первоначального значения времени, по двум сопротивлениям и моментам времени находят предельное сопротивление крови и постоянную времени, по которым вычисляют сопротивление крови в начале и конце процесса свертывания и по найденным параметрам определяют показатели начала и конца процесса свертывания крови .

Недостатками прототипа являются низкая точность при отсутствии параметров эталонной характеристики – предельном напряжении крови и постоянной времени, которые не позволяют автоматически учитывать нелинейность неизвестных взаимозависимых калибровочных характеристик .

В авторском способе определения функционального состояния системы гемостаза проводят измерение амплитуды записи процесса свертывания крови в его начале, определяют показатели начала и конца процесса свертывания электрокоагулограммы крови и сравнивают их с одноименными показателями процесса свертывания крови в норме и при разнонаправленных отклонениях диагностируют нарушения функционального состояния системы гемостаза, определяют информативные параметры: постоянную времени и предельное напряжение по калибровочным характеристикам, калибровку проводят априори для двух измеренных U1, U2 и известных U01, U02 значений нижней t1 и верхней t2 границ адаптивного диапазона, в отличие от прототипа, калибровочными характеристиками служат функция предельного напряжения крови U0i, компенсирующая неопределенность T * постоянной времени T0, и функция постоянной времени T0i, компенсирующая неопределенность U * предельного напряжения U0, связывающие эталонную Uэi и измеренную Ui характеристики за счет нормирования измеренных значений известными. По калибровочным характеристикам находят действительные значения постоянной времени и предельного напряжения, по которым последовательно строят калибровочную характеристику предельного напряжения, калибровочную характеристику постоянной времени, эталонную характеристику и определяют показатели начала и конца процесса свертывания крови .

Докажем метрологическую эффективность инновации относительно прототипа по методической погрешности 1 (рис. 1)

–  –  –

Из графика (рис. 1) видно, что методическая погрешность прототипа до 12% .

Оценим методическую погрешность 2 между эталонной и откалиброванной характеристиками .

–  –  –

Из графика (рис. 2) видно, что относительная погрешность не превышает 1% против 12%, т.е. на порядок ниже за счет использования калибровочных характеристик в адаптивном диапазоне с нормированными значениями на границах .

Оценим метрологическую эффективность по времени свертывания .

Время начала свертывания по эталонной характеристике (рис. 2, кривая 1) Т н1 = 170, время конца свертывания Т к1 = 460 для нормированных амплитуд U н = 7,34, U к = 4,33. Значения предельных параметров U 0 = 10 ; Т 0 = 550, для откалиброванной характеристики (рис. 2, кривая 3) предельные параметры U 0 = 9,99 ; Т 0 = 549,76 .

–  –  –

Эффективность по точности времени свертывания рассчитывают как отношение первой ко второй погрешности 1, из которого 2 видно, что эффективность предлагаемого решения на четыре порядка выше прототипа, так как соответствуют к = 0,03 и н = 0,01 .

Таким образом, определение действительных значений за счет нормирования измеренных значений известными по калибровочным характеристикам постоянной времени и предельного напряжения, в отличие от известных решений, снижает методическую погрешность на порядок, а точность времени свертывания повышает на 2 порядка, что в итоге повышает метрологическую эффективность компьютерных анализаторов для автоматизации выявления лиц группы риска развития гемокоагуляционных осложнений .

Список литературы

1. Одинокова, А. А. Разработка способа определения функционального состояния системы гемостаза. Новые информационные технологии / А. А. Одинокова // Тез. докл. ХXI Междунар. студенческой школы-семинара. – М.: МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013. – С. 238 .

2. Одинокова, А. А. Компьютерный анализатор определения времени свертывания крови. Биотехнические медицинские и экологические системы и комплексы: материалы конференции / А. А. Одинокова. – Рязань: РГРТУ, 2014. – С. 119–120 .

METROLOGICAL EFFECTIVENESS OF HEMOSTASIS CONTROL

А. А. Odinokova, Е. I. Glinkin Tambov State Technical University, Tambov Odinokovasashkkka6310@rambler.ru; glinkinei@rambler.ru Abstract. The metrological efficiency of blood clotting time in the control of hemostasis by calibration characteristics is estimated, which compensates for the uncertainty of informative parameters .

Keywords: hemostasis control, metrological efficiency, blood clotting time, informative parameters, calibration characteristics, prototype and innovation, assessment, methodological error .

УДК 681.335

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ СВЕРТЫВАНИЯ КРОВИ

ПО ИНФОРМАТИВНЫМ ПАРАМЕТРАМ

–  –  –

Аннотация. Предложен способ определения времени свертывания крови по двум неизвестным информативным параметрам калибровочных характеристик, компенсирующим их неопределенность .

Ключевые слова: время свертывания крови, калибровочные характеристики, неизвестные информативные параметры, компенсирующие неопределенность, постоянная времени, предельное напряжение, система гемостаза .

–  –  –

по которым последовательно строят калибровочную характеристику предельного напряжения U0i крови, калибровочную характеристику постоянной времени Т0i, эталонную характеристику Uэi

–  –  –

где Uн, Uк – нормированные пороги напряжения начала и конца процесса свертывания крови .

Полученные значения начала Тн и конца Тк процесса гемокоагуляции сравнивают по величине с одноименными параметрами процесса гемокоагуляции здоровых людей. При обнаружении разнонаправленных отклонений от нормы диагностируют нарушение функционального состояния системы гемостаза .

Таким образом, рассмотренный авторский способ позволяет:

1) сделать способ более пригодным для индивидуального подхода к пациенту;

2) свести к минимуму погрешности определения времени свертывания крови за счет гибкой калибровочной характеристики с заданной точностью образцовых мер, что ускоряет процесс определения времени свертывания крови;

3) обеспечить своевременную диагностику нарушений свертывающей системы крови и устранить ошибки лаборантов при определении состояния системы гемостаза .

Список литературы

1. Одинокова, А. А. Разработка способа определения функционального состояния системы гемостаза. Новые информационные технологии / А. А. Одинокова // Тез. докл. ХXI Междунар. студенческой школы-семинара. – М.: МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013. – С. 238 .

2. Пат. РФ № 2548780, МПК G01N 33/86. Способ определения функционального состояния системы гемостаза / Одинокова А. А., Глинкин Е. И., 20.04.2015, Бюл. № 11 .

3. Глинкин, Е. И. Эффективность анализа гемостаза. Автоматизированный электропривод, автоматика, электроэнергетические системы / Е. И. Глинкин, А. А. Одинокова // сб. докл. Всерос. науч.-практ. конф. 1 – 4 июля 2014 г. – Липецк: Изд-во Липецкого государственного технического университета, 2014. – С. 36–37 .

–  –  –

Abstract. The method of blood clotting time determination by the two unknown informative parameters of calibration equations which сompensates their indeterminacy is developed .

Keywords: blood clotting time, calibration equations, unknown informative parameters, time constant, critical voltage, hemostasis system .

УДК 681.335

НЕИНВАЗИВНЫЙ МОНИТОРИНГ

КОНЦЕНТРАЦИИ ГЛЮКОЗЫ

Ю. Б. Сергеева, О. К. Абуладзе, Е. И. Глинкин ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный технический университет», Тамбов ulya_sergeeva94@mail.ru; abuladze94@mail.ru; bmt@nnn.tstu.ru Аннотация. Предложен неинвазивный мониторинг концентрации глюкозы крови по калибровочным характеристикам: термограммам и глюкограмме с оптимальными параметрами известных образцов нормированных границ адаптивного диапазона. Способ обеспечивает повышение точности и метрологической эффективности неинвазивного определения концентрации глюкозы за счет исключения методической и динамической погрешностей для автоматизации компьютерных анализаторов глюкозы в адаптивном диапазоне нормируемых мер при повышении оперативности .

Ключевые слова: неинвазивный мониторинг, калибровка термограмм и глюкограммы, максимальная температура, постоянная времени, нормируемые параметры, погрешности .

–  –  –

после принятия пациентом глюкозосодержащей пищи регистрируют изменение температуры U i для i = 1, 2 в течение времени t1 и бинарном t2 = 2t1, по которым рассчитывают предельные параметры термограммы (рис. 1, а);

предельные параметры находят априори для известных пациентов с нормированными границами адаптивного диапазона калибровочной характеристики температуры U от времени t (термограмме (1, а)). Закономерности параметров Е и Т тождественны оптимальным эквивалентам (рис. 1, а, кривая 2, 3) термограммы (1), которые интегрируют переменные температуры U и времени t .

Максимальные температуры (2) термограммы (1, а) служат на этапе 2 нормированными границами адаптивного диапазона исследуемой глюкограммы для ее отождествления с эквивалентом натурного эксперимента за счет нахождения оптимальных параметров эталонной глюкограммы .

2 этап:

– определяют концентрацию P глюкозы крови через максимальную температуру Е по калибровочной характеристике (3) глюкограммы, ммоль/л с учетом информативных параметров (4): P0 – предельная глюкоза крови и E0 – предельная температура (см. рис. 1, б);

– калибровочную характеристику (3) вводят априори для двух известных пациентов с нормированными границами адаптивного диапазона концентрации глюкозы P, P2 крови, для которых определяют максимальные температуры E1, E2 на первом этапе. По двум известным концентрациям глюкозы и регистрируемым максимальным температурам P, E1 и P2, E2 находят предельную глюкозу P0 крови и предельную температуру E0 (рис. 1, б) .

а) б)

Рис. 1. Калибровка:

а – термограммы; б – глюкограммы К преимуществам предлагаемого способа диагностики, по сравнению с прототипом, относится повышение точности способа за счет исключения методической и динамической погрешностей посредством калибровки глюкограммы в нормированных границах адаптивного диапазона оптимальными максимальными температурами термограмм известных пациентов .

Таким образом, неинвазивное определение концентрации глюкозы крови по глюкограмме, калибруемой в нормированных границах адаптивного диапазона оптимальными максимальными температурами термограмм известных пациентов, в отличие от известных решений, снижает методическую и динамическую погрешности на несколько порядков при увеличении оперативности не менее чем в 3 раза, что в итоге повышает метрологическую эффективность определения концентрации глюкозы по температуре с априори заданной точностью для автоматизации компьютерных анализаторов в адаптивном диапазоне нормируемых мер .

Список литературы

1. Пат. № 2198586 (РФ). А61 В5/022, № 200123186. Способ определения концентрации глюкозы в крови / Эльбаев А. Д., Акаева С. А., Курданов Х. А. – 2002, Бюл. № 26 .

2. Пат. № 5.795.305 (US). 60/549. Способ определения глюкозы в частях человеческого тела / Ok-Kyung Cho, Birgit Holzgreve. – 18.08.1998

3. Пат. № 2180514 (РФ). A61 B5/01, № 2001101121/14. Способ неинвазивного определения концентрации глюкозы / Шмелев В. М., Бобылев В. М. – 2002, Бюл. № 8 .

4. Пат. № 2607494 (РФ). A61B5/145, Неинвазивный способ определения глюкозы крови / Сергеева Ю. Б., Абуладзе О. К., Глинкин Е. И. – 2014, Бюл. № 1 .

–  –  –

Yu. B. Sergeeva, O. K Abuladze, E. I. Glinkin Tambov State Technical University, Tambov ulya_sergeeva94@mail.ru; abuladze94@mail.ru; bmt@nnn.tstu.ru Abstract. Noninvasive monitoring of concentration of glucose of blood according to calibration characteristics is offered: to thermograms and a glyukogramma with optimum parameters of the known samples of rated borders of adaptive range. Calculation is carried out on certain mathematical formulas. The way provides increase in accuracy and metrological efficiency of noninvasive definition of concentration of glucose at the expense of an exception of methodical and dynamic errors for automation of computer analyzers of glucose in the adaptive range of the normalized measures at increase in efficiency .

Keywords: noninvasive monitoring, calibration of thermograms and a glyukogramma, the maximum temperature, time constant, the normalized parameters, errors .

УДК 536.629

ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ

СИСТЕМА ОЦЕНКИ МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ НАДЕЖНОСТИ

ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ

НА ЭТАПЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

–  –  –

Аннотация. Разработана информационно-аналитическая система, в которой реализован метод оценки метрологической надежности, базирующийся на построении математических моделей изменения во времени метрологических характеристик проектируемых ЭИС с использованием аппарата аналитиковероятностного прогнозирования .

Ключевые слова: электронно-измерительное средство, информационноаналитическая, метрологическая надежность, метрологическая характеристика .

При проектировании электронных измерительных средств (ЭИС) особо важным является вопрос обеспечения их высокой метрологической надежности (МН), определяющейся характером и темпом изменения нормируемых метрологических характеристик (МХ) проектируемых ЭИС в течение всего времени эксплуатации .

Создана информационно-аналитическая система (ИАС), в которой реализован метод оценки и прогнозирования МН различных ЭИС, основанный на построении математических моделей изменения во времени МХ разрабатываемых ЭИС с применением аналитико-вероятностного прогнозирования [1]. В основе метода лежит математическое моделирование нестационарных случайных процессов изменения во времени метрологических характеристик ЭИС. При этом общий вид математической модели может быть представлен зависимостью rr S = F ( x,, ) = F ( x, 1,..., n, 1,..., m ), (1) где x значение входного сигнала; 1,..., n параметры комплектующих элементов; 1,..., m внешние влияющие факторы .

Состояние МХ определяется с использованием данных об изменении во времени параметров элементов ЭИС, поэтому, чтобы сформировать базу данных значений МХ в заданные моменты времени функционирования, применяется метод статистического моделирования по данным об изменениях во времени случайных величин параметров составляющих элементов ЭИС .

Реализация процедуры статистического моделирования осуществляется с использованием существующей в ИАС базы данных, включающей комплекс ММ временного изменения параметров комплектующих ЭИС элементов [2]. Интерфейс ИАС дает возможность добавлять в базу новые данные, ранее в нее не заложенные. По результатам проведенного статистического моделирования ИАС позволяет сформировать ММ временного изменения МХ проектируемой ЭИС, которая является основой для определения основных показателей метрологической надежности ЭИС: метрологического ресурса и вероятности сохранения метрологической исправности в заданные моменты времени предстоящей эксплуатации. Указанные результаты формируются в ИАС с использованием аппарата аналитико-вероятностного прогнозирования.

При этом ИАС позволяет провести выбор оптимального математического описания изменения во времени МХ ЭИС, исходя из заложенных в базу данных различных видов нелинейных моделей:

– экспоненциальные вида S (t ) = a0 exp(a1t );

–  –  –

n, m степень полинома; M S (t ) – среднее значение математического ожидания МХ; M S (ti 1 ) – значение математического ожидания МХ в момент времени ti 1 ; M S (ti 2 ) – значение математического ожидания МХ в момент времени ti 2 .

В ИАС предусмотрена возможность решения задач метрологического обслуживания ЭИС на этапе его предстоящей эксплуатации .

В частности, на основе построенной ММ изменения во времени МХ исследуемого ЭИС решаются задачи определения величины межповерочных интервалов и необходимого количества измерений при проведении метрологических поверок ЭИС с использованием внесенных в ИАС соответствующих расчетных соотношений. На заключительном этапе в ИАС проводится расчет показателей качества проведенного прогнозирования МН: рассчитывается точность и достоверность прогнозирования на основе заложенных в ИАС аналитических зависимостей .

Таким образом, разработанная информационно-аналитическая система позволяет прогнозировать МН ЭИС на этапе их проектирования и дать рекомендации по метрологическому обслуживанию разрабатываемых измерительных средств при их предстоящей эксплуатации .

Список литературы

1. Чернышова, Т. И. Математическое моделирование метрологических характеристик при оценке метрологической надежности электронных измерительных средств / Т. И. Чернышова, М. А. Каменская, Р. Ю. Курносов // Вестник Тамбовского государственного университета. – 2017. – Т. 23, № 2. – С. 209 – 215 .

2. Чернышова, Т. И. Применение математического моделирования при реализации методов оценки и повышения метрологического ресурса аналоговых блоков информационно-измерительных систем / Т. И. Чернышова, В. В. Третьяков // Вестник Тамбовского государственного университета, – 2015. – Т. 21, № 2. – С. 239 – 247 .

–  –  –

Abstract. The information-analytical system is developed; the method of estimation of metrological reliability based on construction of mathematical models of change in time of metrological characteristics of the projected EIS with use of the device of analytical-probabilistic forecasting is realized .

Keywords: electronic measuring instrument, information and analytical, metrological reliability, metrological characteristics .

–  –  –

Abstract. The paper describes preconditions for the development of a fundamentally new technology of combustion of coal waste, low rank coals and biomass .

The technology involves the production of pellets from a mixture of coal and biomass with subsequent torrefaction of produced pellets in an environment with a low oxygen content at a temperature of 230 – 270 °C. Torrefied pellets have a calorific value by 17% higher than that of the original “raw” pellets, and the limit of their hygroscopicity, i.e. the ability to absorb moisture is by 1.55 times lower than that of the “raw” pellets. Torrefied pellets produced from a mixture of coal and biomass can be stored outdoors, and on combustion the boiler efficiency can increase by 5% .

Keywords: Biomass, coal, pellets, straw, torrefaction .

Introduction. Russia ranks second in coal reserves in the world, which is more than 4,000 billion tons (19% of the world reserves). Currently, 46 enrichment plants processing more than 145 million tons of coal per year are in operation. Coal sludge (coal washers waste) accounts for up to 15% (22 million tons per year) of this volume .

Coal sludge is a finely dispersed mass with organic content of 25 – 40% .

The composition of the sludge is very unstable: humidity ranges from 18 to 40%, ash content ranges from 45 to 75%, the content of particles sized less than

0.1 mm is from 45 to 95%. Unclaimed coal sludge is stored in storage ponds (the so-called “black lakes”), polluting the environment for years .

One way to improve the efficiency of burning coal sludge is its cofiring with biomass since it is highly flammable and burns steadily. The heat generated by burning biomass provides stable ignition and combustion of low-reactive coal waste. In addition, biomass is subject to waste disposal .

Cofiring of biomass and low-grade coal solves this problem. In addition, it is assumed that biomass is a CO2 neutral fuel as the amount of carbon dioxide released during its burning is the same as the amount that the plant has absorbed during its growth, i.e. biomass combustion does not lead to an increase in greenhouse gas emissions .

On the other hand, biomass in its initial state has low bulk density, high humidity, it is difficult to transport over long distances and it must be stored indoors. It is difficult to prepare fuel mixture of coal and biomass, especially for small municipal and industrial boilers .

Biomass properties make it necessary to include two-stage grinding, drying or partial drying of the fuel, and removal of different foreign substances from the biomass in the process of fuel preparation. Various physical and chemical properties of coal and biomass cause problems associated with different rates of preparation for combustion and fuel combustion, the need to stabilize the flame, etc. [1, 2] .

Problem statement. In this respect, it looks quite promising to produce pellets from a mixture of different fuels [3], in our case from a mixture of bitumen and rice husks, for subsequent combustion in boiler furnaces. It was found that these pellets could be burned in a fluidized bed with an efficiency of up to 95.5%. The level of NOx emissions from the combustion of pellets does not exceed 120 – 150 ppm; the ash from burning of such pellets can be used as an adsorbent for the recovery of sulfur oxides. Burning of such pellets resolves the problems of storage and delivery of biofuels, as well as makes it possible to obtain the desired composition of the fuel mixture .

However, biomass is hydrophilic. Fuel bio-pellets disintegrate into dust in a few minutes at the slightest contact with moisture. This also applies to pellets made from a mixture of coal and biomass waste .

In addition, the burning rate of biomass is much higher than the burning rate of low-grade low-reactive coals. Because of this, at the outlet of the furnace the temperature increases, causing rapid growth of ash deposits on convection surfaces of boilers [4, 5] .

Biomass can obtain hydrophobic properties while increasing its calorific value by its torrefaction, or low-temperature pyrolysis. The torrefied biomass has a volumetric heat content of 20 – 25% more than the original biomass; it becomes hydrophobic and does not rot [6, 7, 8, 9, 10] .

Torrefied biomass burns slower than raw biomass (Fig. 1 [11]). Reduction in the burning rate of the torrefied biomass, including volatiles and coke residuals creates prerequisites for finishing the process of biomass burning in the boiler furnace during its cofiring with coal. The gas temperature decreases at the exit from the furnace, and the probability of rapid growth of ash deposits on convection heating surfaces of the boiler is low .

Therefore, it is proposed to use torrefied biomass for co-firing with coal .

However, the processes of torrefation of pellets produced from a mixture of coal and biomass waste are not well studied .

–  –  –

Investigation of the torrefaction process and subsequent burning of pellets made from a mixture of coal and biomass waste is the purpose of the present study .

Description of the setup and experimental methods. In vitro, we conducted modeling of the torrefaction process of straw and coal sludge pellets at different temperatures and exposure times. During the studies, we used pellets containing 30% of straw and 70% of coal sludge. The study was aimed at producing pellets of such composition since we wanted to use the largest possible amount of sludge as fuel. On the other hand, we failed to produce pellets, containing less than 30% of straw. Table 1 shows the characteristics of the original fuels and the produced “raw” pellets .

Low-temperature pyrolysis (torrefaction) of coal-straw pellets was carried out in a pilot “Hearthtype” reactor, the schematic diagram of which is shown in Fig. 2. All plants for torrefaction of the pellets are shown in Fig. 3 .

The pilot reactor (Fig. 2) is a vertical apparatus divided into three sections in height. The upper sections are used for heating of the pellets by the high-temperature oil fed into the reactor jacket at a temperature of 300°C, and the lower section of the reactor serves to cool the pellets with water fed into the jacket of the lower section .

The reactor design provides supply (if necessary) nitrogen into the upper section of the reactor .

The pellets are loaded into the reactor from above and moved along the reactor sections with a stirrer .

The maximum performance of the reactor is 100 kg/h of “raw” pellets .

The residence time of the pellets in a reactor and processing temperature are controlled .

During the experiment, a portion of pellets was loaded into the reactor, kept in the first and second sections for 40 min. at 230, 250 or 270 °C Fig. 2. A schematic diagram of the reactor for torrefaction of pellets and then unloaded into the third section, where the temperature was cooled to 60°C. The heating rate of the pellets in the first and second sections was 20 ° C/min .

After cooling, the pellets were analyzed by known methods to determine the content of volatiles, oxygen, hydrogen, nitrogen, carbon, and a lower heat of combustion. Furthermore, every 5 minutes pellets weighing approximately 50 g were sampled from the reactor continuously .

Fig. 3. Schematic diagram of complex pilot plant for torrefaction of pellets:

К1.1 – heat generator; К1.2 – fuel tank; К1.3 – fuel supply system with a flexible auger; К2 – circulation pump; К3 – reactor for biomass burning; К4 – boost pump;

К5 – expansion tank; К6 – heat medium storage tank; К7 – nitrogen storage tank These samples of pellets were used to assess weight loss of pellets during torrefaction .

Combustion of “raw” and heat-treated pellets from the mixture of straw and coal sludge was investigated in a pilot plant with a capacity of 400 kW and a fluidized-bed furnace of quartz sand. The functional diagram of the plant is shown in Fig. 4 .

The pellets heat-treated at a temperature of 270 °C were burned in the furnace. When burning pellets, VarioPlus analyzer was continuously used to measure the content of oxygen, carbon monoxide, oxides of sulfur and nitrogen in the flue gases via, and the fuel efficiency of the furnace and the connected boiler .

Fig. 4. Functional diagram of the pilot plant Results and discussion. Fig. 5 shows the dependences characterizing the change in the relative mass of samples from different raw materials in the process of heating. As van be seen from Fig. 5, during heating the straw weight is reduced to the maximum extent (more than 70%). Thus, takes 30 minutes to reduce the straw weight (through release of moisture and volatile matter). Coal slurry body decreases through heat treatment by 18% (maximum), and it takes 80 minutes .

Fig. 5. The temperature change in the heating process (dashed line) and TG curves for the samples from different raw materials (solid lines) As a result of torrefaction, the volatile content in the pellets decreases by 1.17 times (when processed at a temperature of 230 °C), and by 2.73 times (when processed at a temperature of 270 °C) .

Torrefaction results in changes in the content of nitrogen, carbon, hydrogen and oxygen in the pellets (Table 2) .

–  –  –

Nitrogen, % 1.12 1.11 1.15 1.14 Carbon, % 42.74 42.91 44.06 44.26 Hydrogen, % 3.57 3.37 3.58 3.26 Oxygen, % 17.77 17.52 14.63 10.47 Due to the sharp reduction (1.7 times) in the oxygen content and increase in the carbon content of the pellets, the calorific value of torrefied pellets increases to 29.2 MJ / kg (by 17% compared to “raw” pellets) .

Moisture content of the solid fuel, which depends on the temperature and relative humidity, affects the calorific value. The limiting value of moisture absorbed by the material from the ambient air expressed in percentage by weight relative to the weight of dry material is called the hygroscopicity limit. The hygroscopicity limit is measured experimentally at a relative humidity of 100%; heat treatment has a significant effect on hygroscopic properties of different types of biomass, including straw, and improves its hydrophobic properties, thereby reducing the hygroscopicity limit. In this study, the hygroscopicity limit of raw pellets and heat-treated pellets was determined by the change in their weight after being in the air with almost 100% humidity at 22 °C. The holding time under these conditions was 48 hours. The hygroscopicity limit of heat-treated pellets at a temperature of 270 °C decreased by more than 1.5 times (from 11% to 7%) .

Further, we studied the process of burning of coal-straw pellets heattreated at 270 °C in a fluidized bed of quartz sand at a temperature of 800 – 900 °C in an experimental furnace (Fig. 4), which was connected to the boiler with capacity of 500 kW .

Fig. 6 and Fig. 7 show changes in the boiler efficiency when burning “raw” and torrefied pellets made from a mixture of coal sludge and straw .

The boiler efficiency when burning torrefied pellets was higher by about 5% (owing to the removal of moisture and volatiles) .

Fig. 6. Changes in the boiler efficiency when burning “raw” pellets Fig. 7. Changes in the boiler efficiency when burning torrefied pellets When burning “raw” straw pellets, the CO content in the flue gases (oxygen content of 6%) was an average of 200 mg/m3, the NOx content was 120 mg/m3; when burning coal sludge the CO content was 200 mg/m3, the NOx content was 160 mg/m3. When burning torrefied pellets, the CO content decreased to 100 mg/m3, i.e. it halved. The content of nitrogen oxides was 140 mg m3 .

Conclusions

Torrefaction of pellets made from a mixture of coal sludge and straw:

1) increases the calorific value by 17%;

2) reduces the hygroscopicity limit by1.5 times;

3) reduces the emissions of carbon monoxide when burning coalstraw pellets by 2 times;

4) increases the efficiency of the boiler with a fluidized-bed furnace by 5%;

5) In our opinion, the conducted studies create preconditions for the development of a fundamentally new technology of burning coal and biomass, which involves the production of coal and biofuel pellets with a given content of biomass and subsequent torrefaction of the obtained pellets .

Acknowledgement: The scientific work was supported by Foundation for Assistance to Small Innovative Enterprises in Science and Technology (Russia). Project ERA.NET RUS PLUS TORRECOMB “A novel approach for the implementation of torrefaction in residential and communal heating boilers” .

References

1. The Handbook of Biomass Combustion and Co-Firing, “Earthscan”, 2008, Edited by Sjaak van Loo and JaapKoppejan .

2. Werther, J. Potentials Of Biomass Co-Combustion in Coal – Fired Boilers / J. Werther // Proceeding on 19 International Conference on Fluidized Bed Combustion, May, 2009, Xi’an, China .

3. Combustion of Combined Rice Straw-Bitumen Pellets in a Fluidized Bed / F. Okasha, T. A. Cammarota, M. Urciuolo, R. Chirone // Proceeding on 19th International Conference on Fluidized Bed Combustion, May, 2006, Vienna, Austria .

4. Characterization on Combustion and Emission of Several Kind of Herbaceous Biomass Pellets in a Circulating Fluidized Bed Combuster / S. Y. Li, H. P. Teng, W. H. Jiao, L. L. Shang, Q. G. Lu // Proceeding on 20th International Conference on Fluidized Bed Combustion, Xi’an, China, May, 2009. – Р. 1309 – 1315 .

5. Vesna Barisic. Prediction of agglomeration, fouling, and corrosion tendency of fuels in CFB co-combustion / Vesna Barisic, Edgardo Coda Zabetta, Juha Sarkki // Proceeding on 20th International Conference on Fluidized Bed Combustion, Xi’an, China, May 2009. – P. 416 – 421 .

6. Prins, M. J. More efficient biomass gasification via torrefaction / M. J. Prins, K. J. Ptasinski, F. J. J. G. Janssen // Energy, 2006. – 31. – P. 3458 – 3470 .

7. A review of wood thermal pretreatments to improve wood composite properties. Wood Sci. Technol / M. R. Pelaez-Samaniego, V. Yadama, E. Lowell, R. Espinoza-Herrera. – 2013. – 47(6). – Р. 1285 – 1319 .

8. Thermal pretreatment of lignocellulosic biomass, Environ. Prog. Sustainable Energy / W. Yan, T. C. Acharjee, C. J. Coronella, V. R. Vasquez. – 2009. – N 28. – Р. 435 – 440 .

9. Biomass upgrading by torrefaction for the production of biofuels: a review / Van der Stelt MJC, H. Gerhauser, Kiel JHA, K. J. Ptasinski // Biomass & Bioenergy. – 2011. – N 35. – Р. 3748 – 3762 .

10. A review on advances of torrefaction technologies for biomass processing / B. Acharya, I. Sule, A. Dutta // Biomass Conversion and Biorefinery. – 2012. – N 2(4). – Р. 349 – 369 .

11. Romeo, J. C. Evaluation of Torrefaction + Pelletization Process to Transform Biomass in a Biofuel Suitable for Co – combustion / J. C. Romeo, J. Gil // Proceeding on 16th European Biomass Conference. – Valencia, Spain, 2008 .

УДК 536.2

УСТАНОВКА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ МЕТОДА ЛИНЕЙНОГО

ИМПУЛЬСНОГО ИСТОЧНИКА ТЕПЛОТЫ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ

–  –  –

Аннотация. Разработана математическая модель и измерительная ячейка, подключенная к информационно-измерительной и управляющей системе (ИИУС), для измерения теплопроводности и коэффициента температуропроводности теплоизоляционных материалов методом линейного импульсного источника теплоты .

Ключевые слова: температуропроводность, теплопроводность, измерительная ячейка, тепловой импульс, измерение, обработка данных .

–  –  –

С использованием последних двух зависимостей было определено, что минимальные значения среднеквадратичных относительных погрешностей ( а ) ск измерения коэффициента температуропроводности a достигаются при значениях безразмерного параметра a в диапазоне 0, 41 a 0,55 и при значениях основного конструкционного размера измерительного устройства в пределах 5, 4 мм r 6,0 мм, а а причем опт 0, 48,, rопт 5,7 мм. При измерении объемной теплоемкости минимальные значения погрешностей (cск достигаются при значениях безразмерного параметра 0,78 ср 0,84 и геометричепричем, ср 0,81, ского размера в диапазоне 4,5 r 5,1 мм, опт ср 4,8 мм. Для минимизации погрешностей измерений значения опт длительности теплового импульса следует выбирать в диапазоне 18 с и 24 c .

Физическая модель измерительного устройства представляет собой ячейку, в которую помещают образец, состоящий из двух пластин:

нижней и верхней. Между верхней гранью нижней пластины и нижней гранью верхней пластины помещают линейный электронагреватель длиной L (выполненный, например, в виде тонкой металлической проволоки из нихрома, манганина или константана), а на расстоянии r от нагревателя в этой же плоскости размещают измеритель температуры (в виде термометра сопротивления из медной или вольфрамовой проволоки либо в виде термопары). Изготовлена измерительная ячейка, подключенная к информационно-измерительной и управляющей системе (ИИУС), схема которой приведена на рис. 1. Эта ИИУС включает в себя: ИЯ – измерительную ячейку метода линейного импульсного источника теплоты, КСУ – комплект согласующих устройств (включает мостовую схему, усилитель У, промежуточное реле К и блоки питания БП1, БП2), обеспечивающий взаимное согласование входных и выходных сигналов ИЯ и ПСД .

Рис. 1. Основные составные части ИИУС Плата сбора данных ПСД, управляемая программой, созданной в среде LabVIEW, используется для измерения и последующей регистрации в персональном компьютере ПК первичной информации, поступающей с термопреобразователя сопротивления, а также для включения и отключения питания линейного нагревателя на измерительной ячейке. Сигнал с комплекта согласующих устройств подается на плату сбора данных, которая подключена к системному блоку компьютера .

Обработка результатов эксперимента производится при помощи программного обеспечения LabVIEW .

Список литературы

1. Шашков, А. Г. Методы определения теплопроводности и температуропроводности / А. Г. Шашков, Г. М. Волохов, Т. М. Абраменко. – М. : Энергия, 1973. – 336 с .

2. Ponomarev, S. V. Optimization of Measurements of the Thermophysical Parameters of Heat-Insulating Materials by Means of a Linear Pulse Heat Source / S. V. Ponomarev, V. O. Bulanova, A. G. Divin, E. V. Bulanov // Measurement Techniques, September, 2017. – V. 60. – Is. 6. – P. 583 – 588 .

THE INSTALLATION FOR THE IMPLEMENTATION OF LINEAR

IMPULSE HEAT SOURCE METHOD FOR THE MEASUREMENT

OF THERMOPHYSICAL PROPERTIES OF MATERIALS

–  –  –

Abstract. A mathematical model and a measuring cell connected to an information-measuring and control system (IIES) were developed to measure thermal conductivity and thermal diffusivity of heat insulation materials using method of linear impulse heat source .

Key words: thermal diffusivity, thermal conductivity, measuring cell, thermal impulse, measurement, data processing .

УДК 006:519.6:536.2.08

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПРОЦЕССА «8.3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ

И РАЗРАБОТКА ПРОДУКЦИИ И УСЛУГ» ПО ТРЕБОВАНИЯМ

МЕЖДУНАРОДНОГО СТАНДАРТА ISO 9001:2015 С. В. Пономарев, С. В. Мищенко ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный технический университет», Тамбов svponom@yahoo.com; msv@tstu.ru Аннотация. Разъяснено содержание основных стадий и шагов деятельности при осуществлении процесса «Проектирование и разработка» в соответствии с требованиями и рекомендациями международных стандартов ИСО серии 9000 .

Ключевые слова: процесс «Проектирование и разработка», стадии выполнения, шаги осуществления стадий, рекомендации .

В докладе рассматриваются содержание и отличие друг от друга понятий «Проектирование» и «Разработка», а также разъясняется содержание деятельности при выполнении процесса «8.3 Проектирование и разработка продукции и услуг» в системе менеджмента качества, выполненной по требованиям Международного стандарта ISO 9001:2015 [1] .

Основные крупные стадии процесса «8.3 Проектирование и разработка продукции и услуг»

Процесс «8.3 Проектирование и разработка продукции и услуг»

включает в себя две крупные стадии работ, первую из которых можно назвать «Первая стадия проектирования», а вторую следует назвать «Разработка – вторая стадия проектирования» .

Первая стадия «Проектирование» процесса проектирования и разработки информационно-измерительной и управляющей системы Первая стадия проектирования в ходе процесса «Проектирование и разработка», как правило, включает в себя выполнение следующих шести этапов (шагов) работ .

1. Уточнение и доработка технического задания на проектирование информационно-измерительной и управляющей системы (ИИУС) и его согласование с заказчиком .

2. Изучение опыта, накопленного предшествующими поколениями исследователей и проектировщиков, составление обзора литературы и проведение патентного поиска по теме выполняемой научноисследовательской и опытно-конструкторской работы (НИОКР) .

3. Принятие концептуального решения (после составления литературного обзора и проведения патентного поиска) о том, какой принцип действия и какой тип конструкции будут положены в основу проектируемого изделия и системы .

4. Создание математической модели проектируемого изделия (блока, процесса, программы или системы), формулирование целевой функции (функционала), определение постановки задачи оптимизации и ее решение .

5. Осуществление работ по подготовке чертежей сборочных единиц и чертежей деталей, принципиальных схем автоматизации, электрических и монтажных схем электронных блоков, схем подключения технических средств системы к управляющему компьютеру, а также создание алгоритмов для обработки экспериментальных данных и управления процессами функционирования проектируемой ИИУС .

6. На шестом этапе составляется и утверждается смета затрат и план мероприятий, требующихся для осуществления дальнейших работ по созданию опытного образца проектируемой ИИУС, в том числе, определяется потребность в закупке необходимых деталей, блоков, инструментов, приборов и программных продуктов .

После успешного окончания шестого этапа работ, завершающего первую крупную стадию «Проектирование», начинается вторая крупная стадия осуществления процесса «8.3 Проектирование и разработка продукции и услуг». Эту стадию, включающую в себя восемь этапов, называют «Разработка» .

Вторая стадия «Разработка» в рамках процесса «8.3 Проектирование и разработка продукции и услуг»

7. Первоначальный этап рассматриваемой ниже второй крупной стадии «Разработка» начинается в тот момент времени, когда по утвержденным планам работ и сметам затрат, чертежам, схемам, математическим моделям и алгоритмам приступают к процессам производства, программирования и закупок, в ходе которых изготавливают необходимые детали, печатные платы блоков, составляют программы и приобретают необходимые материалы, сырье, комплектующие изделия, приборы и средства автоматизации, программное обеспечение и другие необходимые для дальнейшей работы средства .

8. На очередном шаге (этапе) стадии «Разработка» в рамках процесса «Проектирование и разработка» осуществляют следующее:

– из изготовленных деталей и закупленных комплектующих изделий собирают сборочные единицы, проверяют их работоспособность и, при необходимости, осуществляют отладку, а затем проводят испытания работы собранных технических средств (независимо от других составных частей будущей ИИУС);

– из закупленных электронных элементов, микросхем, реле, транзисторов, резисторов, диодов собирают электронные блоки, а затем проводят проверку их работоспособности и, при необходимости, осуществляют их отладку и испытания (отдельно от работы других составных частей будущей ИИУС);

– параллельно, на основе ранее разработанных математических моделей и алгоритмов, составляют программы для сбора и обработки экспериментальных данных, а также для управления процессами функционирования создаваемой ИИУС, а затем осуществляют отладку и испытания создаваемого программного обеспечения на основе использования контрольных примеров (независимо от работы технических средств и электронных блоков) .

9. На девятом этапе работы осуществляют интеграцию (объединение) созданных на предыдущем этапе технических, электронных и программных средств в единую информационно-измерительную и управляющую систему (ИИУС) .

10. Далее осуществляют отладку работы и всесторонние испытания функционирования перечисленных выше трех составных частей ИИУС в условиях их совместной работы в составе объединенной ИИУС .

11. На одиннадцатом этапе (шаге) работы выполняют отладку и проводят испытания ИИУС (в лаборатории проектировщика) при проведении измерений с использованием эталонных образцов и средств .

Если результаты проведенных испытаний ИИУС не в полной мере соответствуют требованиям технического задания, то специалисты проектной организации должны выявить сущность имеющихся несоответствий в работе технического, математического, алгоритмического и программного обеспечений создаваемой системы, а затем запланировать и осуществить так называемые коррекции (исправляющие действия, направленные на устранение выявленных несоответствий), а затем провести повторные испытания ИИУС .

Наряду с выполнением коррекций, в процессах деятельности проектной организации следует выявить причины, по которым в проекте появились несоответствия, а затем запланировать и осуществить так называемые корректирующие действия, направленные на устранение причин проявившихся несоответствий (имеющихся в процессах деятельности специалистов проектной организации) .

После получения (во время испытаний в лаборатории Исполнителя) убедительных свидетельств того, что выходные данные процесса «Проектирование и разработка» соответствуют входным данным, сформулированным в техническом задании на проектирование, можно перейти к очередному шагу (этапу) работы .

12. Проведение приемо-сдаточных испытаний в условиях реальной эксплуатации ИИУС, которые иногда осуществляют в лаборатории Исполнителя (в присутствии одного или нескольких представителей Заказчика), но, чаше всего, такие испытания проводят в организации Заказчика .

При выявлении в функционировании созданной ИИУС недостатков, Исполнитель осуществляет доработку системы и устранение выявленных несоответствий, а затем предъявляет доработанную ИИУС на повторные приемо-сдаточные испытания .

13. После успешного завершения приемо-сдаточных испытаний, Заказчику передают отчет о выполненной работе с комплектом чертежей, схем, математических моделей, алгоритмов и программ. Как правило, изготовленный опытный образец ИИУС тоже передается Заказчику .

14. По результатам 13 этапа составляют акт приемки-сдачи результатов выполненных работ. На основании этого акта в дальнейшем проводится окончательный финансовый расчет между Заказчиком и Исполнителем .

*** Опыт использования изложенных выше рекомендаций по осуществлению основных этапов двух крупных стадий «Проектирование» и «Разработка» в рамках процесса «8.3 Проектирование и разработка продукции и услуг» свидетельствует о получении положительных результатов [2, 3] при практическом выполнении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ .

Список литературы

1. ISO 9001:2015. Quality management systems – Requirements .

2. Любимова, Д. А. Измерение теплофизических свойств теплоизоляционных материалов методом регулярного режима третьего рода: монография / Д. А. Любимова, С. В. Пономарев, А. Г. Дивин. – Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2014. – 80 с .

3. Пономарев, С. В. Применение математических основ метрологии при оптимизации режимных параметров методов и основных конструкционных размеров устройств для измерения теплофизических свойств веществ :

монография / С. В. Пономарев, А. Г. Дивин, Д. А. Любимова ; под науч. ред .

С. В. Пономарева. – Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2015. – 160 с .

THE IMPLEMENTATION OF THE PROCESS “8.3 DESIGN

AND DEVELOPMENT OF PRODUCTS AND SERVICES”

ACCORDING TO REQUIREMENTS OF INTERNATIONAL

STANDARD ISO 9001:2015

–  –  –

Abstract. The content of the main stages and steps in the implementation of the process “Design and development” in accordance with the requirements and recommendations of the international standards ISO 9000 is explained .

Keywords: “Design and development” process, stages of implementation, phases of stages implementation, recommendations .

 76 УДК 621.78.012

ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ

МЕТРОЛОГИИ И ОПТИМИЗАЦИИ КАК ИНСТРУМЕНТОВ

УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ПРИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИИ

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ И ПРИБОРОВ

–  –  –

Аннотация. Рассмотрены основные этапы применения математических методов при проектировании и модернизации теплофизических приборов .

Ключевые слова: измерения, погрешности, причины, анализ, моделирование погрешностей, метод, прибор, улучшение, отладка, эксплуатация

–  –  –

18, 19]. В [14, 15] приведены результаты расчета линий равных уровней относительных погрешностей измерений методом плоского «мгновенного» источника теплоты (рис. 1) .

Из приведенных на рис. 1 результатов следует, что минимальное значение погрешности а имеет место при = 0,495 0,5, х = 5,5 мм, а приемлемые результаты измерений получаются при 0,3 0,7 и 4,5 мм х 7 мм. Минимальные значения погрешностей с достигаются при = 1 и х = 5,5 мм, а допустимые значения погрешности с получаются при 0,9 1, 5 мм х 6,5 мм .

5. После получения теоретического решения задачи минимизации погрешностей следует разработать конструкции и изготовить измерительное устройство при рациональном значении основного конструкционного размера. Примеры выполнения таких работ приведены в [1 – 3, 6, 13, 15, 18, 19] .

6. После изготовления экспериментальной установки и подключения ее к компьютеру следует провести серию измерений на материалах с известными значениями теплофизических или массопереносных свойств и значения погрешности измерений [1 – 3, 6, 15]. При выявлении существенных систематических погрешностей измерений следует рекомендовать разработку методики введения поправок в результаты измерений, пример которой приведен в статье [20] .

7. После завершения работ по отладке разрабатываемого метода и измерительного устройства можно приступить к осуществлению экспериментов по исследованию теплофизических свойств и характеристик новых материалов .

*** Накопленный опыт свидетельствует о результативности и эффективности изложенных выше подходов и этапов выполнения работ по совершенствованию методов измерений и экспериментальных установок .

Список литературы

1. Пономарев, С. В. Теоретические и практические основы теплофизических измерений; под ред. С. В. Пономарева / С. В. Пономарев, С. В. Мищенко, А. Г. Дивин, В. А. Вертоградский, А. А. Чуриков. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 408 с .

2. Пономарев, С. В. Теоретические и практические аспекты теплофизических измерений: монография. В 2 кн. / С. В. Пономарев, С. В. Мищенко, А. Г. Дивин. – Тамбов: Тамб. гос. техн. ун-т, 2006. – Кн. 1. – 204 с .

3. Пономарев, С. В. Теоретические и практические аспекты теплофизических измерений: монография. В 2 кн. / С. В. Пономарев, С. В. Мищенко, А. Г. Дивин. – Тамбов: Тамб. гос. техн. ун-т, 2006. – Кн. 2. – 216 с .

4. Пономарев, С. В. Выполнение процесса проектирования и разработки по требованиям ГОСТ Р ИСО 9001–2015 при модернизации и реинжиниринге технических систем / С. В. Пономарев, С. В. Мищенко // Вестник Тамб. гос .

техн. ун-та. – 2017. – Т. 23, № 1. – С. 77 – 84 .

5. Мищенко, С. В. Разработка автоматизированной системы научных исследований и проектирования технологических процессов тепломассопереноса / С. В. Мищенко, С. В. Пономарев // Теор. основы хим. технол. – 1994. – Т. 8, № 6. – С. 547 – 555 .

6. Пономарев, С. В. Методы и устройства для измерения эффективных теплофизических характеристик потоков технологических жидкостей / С. В. Пономарев, С. В. Мищенко. – Тамбов: Тамб. гос. техн. ун-т, 1997. – 248 с .

7. Патент РФ № 2601234. Способ измерения теплофизических свойств твердых материалов методом плоского импульсного источника тепла / Пономарев С. В., Буланова В. О., Дивин А. Г., Буланов Е. В., Шишкина Г. В.;

опубл. 27.10.2016, Бюл. № 30 .

8. Optimization of Measurements of the Thermophysical Parameters of HeatInsulating Materials by Means of a Linear Pulse Heat Source / S. V. Ponomarev, V. O. Bulanova, A. G. Divin, E. V. Bulanov // Measurement Techniques. – September. – 2017. – V. 60, Is. 6. – P. 583 – 588 .

9. Патент РФ № 2436066. МПК G01N 13/00/ – № 2010130744/28. Способ измерения коэффициента диффузии влаги в капиллярно-пористых листовых материалах / Пономарев С. В., Мочалин С. Н., Шишкина Г. В.; заявл .

21.07.2010; опубл. 10.12.2011, Бюл. № 34 .

10. Патент № 2613194. МПК G01N 25/18. Способ измерения теплофизических свойств анизотропных материалов методом линейного импульсного источника теплоты / Пономарев С. В., Буланова В. О., Дивин А. Г., Буланов Е. В., Шишкина Г. В.; опубл. 15.03.2017, Бюл. № 8 .

11. Мочалин, С. Н. Выбор оптимальных условий измерения характеристик влагопереноса в тонколистовых капиллярно-пористых материалах методом «мгновенного» источника влаги / С. Н. Мочалин, И. Н. Исаева, С. В. Пономарев // Вестн. Тамб. гос. техн. ун-та. – 2010. – Т. 16, № 3. – С. 533 – 545 .

12. Пономарев, С. В. О выборе оптимальных условий измерения теплофизических свойств веществ методом мгновенного источника тепла / С. В. Пономарев, И. Н Исаева, С. Н. Мочалин // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2010. – Т. 76, № 5. – С. 32 – 36 .

13. Мочалин, С. Н. Измерение характеристик влагопереноса тонколистовых капиллярно-пористых материалов методом «мгновенного» источника влаги : монография / С. Н. Мочалин, С. В. Пономарев. – М.: Изд-во «Спектр», 2010. – 100 с .

14. Гуров, А. В. Выбор оптимальных условий измерения теплофизических свойств веществ методом плоского мгновенного источника тепла / А. В. Гуров, Г. А. Соседов, С. В. Пономарев // Измерительная техника. – 2012. – № 10. – С. 47 – 49 .

15. Гуров, А. В. Измерение теплофизических свойств теплоизоляционных материалов методом плоского «мгновенного» источника теплоты : монография / А. В. Гуров, С. В. Пономарев ; под научн. ред. С. В. Пономарева. – Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2013. – 100 с .

16. Мочалин, С. Н. Анализ источников погрешностей измерений характеристик переноса влаги в тонколистовых капиллярно-пористых материалах / С. Н. Мочалин // Вопросы современной науки и практики. Университет им .

В. И. Вернадского. – 2010. – № 79(30). – С. 329 – 337 .

17. Гуров, А. В. Анализ источников погрешностей измерения теплофизических свойств твердых теплоизоляционных материалов методом плоского «мгновенного» источника теплоты / А. В. Гуров, С. В. Пономарев // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского. – 2013. – № 1(45). – С. 273 – 282 .

18. Пономарев, С. В. О выборе оптимальных режимных параметров процесса измерения коэффициента температуропроводности теплоизоляционных материалов методом регулярного режима третьего рода / С. В. Пономарев, Д. А. Дивина, А. С. Щекочихин // Измерительная техника. – 2012. – № 1. – С. 47 – 49 .

19. Гуров, А. В. Экспериментальная установка для измерения теплофизических свойств теплоизоляционных материалов методом плоского «мгновенного» источника теплоты / А. В. Гуров // Метрология. – 2013. – № 4. – С. 16 – 24 .

20. Рекомендации по разработке методики введения поправок на систематические погрешности измерения теплофизических свойств веществ / С. В. Пономарев, А. Г. Дивин, П. В. Балабанов, А. В. Гуров, Д. А. Дивина, А. Е. Постникова // Метрология. – 2013. – № 10. – С. 38 – 47 .

21. Пономарев, Сергей. Обзор экспериментальных и численно-аналитических методов определения теплофизических характеристик гетерогенных материалов растительного происхождения / Сергей Пономарев, Александр Дивин, Владислав Сычев; под ред. д-ра техн. наук, проф. С. В. Пономарева. – Saarbrcken: Lambert Academic Publishing, 2017. – 80 с .

THE APPLICATION OF MATHEMATICAL METHODS

OF METROLOGY AND OPTIMIZATION

AS QUALITY MANAGEMENT TOOLS FOR THERMOPHYSICAL

METHODS AND DEVICES IMPROVEMENT

S. V. Ponomarev, S. V. Mishchenko, A. G. Divin, S. S. S. Al-Вusaidi, Tambov State Technical University, Tambov Abstract. The main stages of application of mathematical methods in the design and modernization of thermophysical devices are considered .

Keywords: measurements, errors, causes, analysis, modeling of errors, method, device, improvement, debugging, operation УДК 60

ПРОВЕДЕНИЕ МЕРОПРИЯТИЙ ПЕРЕД ВЫПОЛНЕНИЕМ

ИННОВАЦИОННОГО ПРОЕКТА

–  –  –

Аннотация. Статья написана на основании опыта членов нескольких инициативных групп, успешно создавших разные предприятии с основным видом деятельности 73.10 «Научные исследования и разработки в области естественных и технических наук», для выполнения инновационных проектов, в разных отраслях народного хозяйства .

Ключевые слова: инновационный проект, крупный инвестор, спонсор, этапы развития инновационного проекта .

Достаточно часто в СМИ пишут о малых предприятиях, выполняющих инновационные проекты [1]. Их цель – разработать и освоить производство нового товара, изделия, технологии или услуги с использованием результатов собственных научно-технических и технологических исследований, находящихся на начальной стадии развития и имеющих значительный потенциал коммерциализации [2] .

ООО «Видео3» с 2008 г. успешно проводило работы в области создания безочковых 3D-индикаторов для тренажерных комплексов (погрузить человека в визуально наблюдаемую 3D-модель окружающего мира с возможность профессионально тренировать глазомер) [3] и выполняло роль неформального холдинга, поддерживающего ряд аналогичных предприятий, выполняющих инновационные проекты в биотехнологии, в энергетике, в области переработки отходов [4]. Успешный опыт создания экспериментальных образцов изделий, подтвердивших разработанные ранее гипотезы создания нового продукта, который может быть отнесен к инновационному, а также опыт общения с зарубежными коллегами, выполняющих инновационные проекты, позволяет сделать ряд выводов, что помогает и что мешает ускорить вывод на рынок новых инновационных продуктов .

Большинство малых предприятий, взявшихся за реализацию инновационного проекта, созданы учеными и преподавателями вузов .

Преподаватели – специалисты в одной области науки, но они не знают особенностей функционирования производства. Им приходится осваивать новые компетенции .

Удачной помощью являются специфические гранты от «Фонда содействия инновациям» на этапе Старт Ап [5]. Как и во всем мире, на этом этапе государство берет на себя частичное финансирование наиболее рискованного этапа в развитии инновационного проекта. Практически во всех областях РФ инноваторы могут рассчитывать на помощь областных администраций в виде льготной аренды офисных площадей в бизнес-инкубаторах и технопарках, где еще есть возможность пройти обучающие курсы и изготовить по чертежам механические узлы за минимальную плату. На этом реальная помощь заканчивается. Сумма получаемых по грантам и различных субсидий, как правило, не превышает 20% от средств, необходимых для реализации задуманного проекта. Оставшиеся 80% – это средства, вырученные за продажу попутной продукции и услуг .

Эйфория, характерная для сотрудников таких предприятий, после первых успехов на производстве, что характерно для этапа Старт Ап, вскоре начинает утихать из-за ранее плохо представляемых проблем .

Первая – проблема выхода на рынок с инновационным продуктом. Чтобы в РФ такой продукт приносил прибыль – надо организовать его продажу от Калининграда до Владивостока, при наличии в штате от 3 до 19 сотрудников – это сделать невозможно. В Израиле эта проблема решается за счет совместной организации этапа Старт Ап с Крупными, брендовыми концернами, которые согласны серьезно финансировать разработку и организовать серийный выпуск новой продукции .

У нас такие концерны это «Автомат Калашникова» и «Газпром», но они не будут работать с фирмами, направленными на решение не их задач. В итоге, сейчас не известно, как быть фирмам, начавшим выпускать инновационный (а поэтому почти не знакомый для рынка продукт) .

Вторая – кадры. Высшая школа находится в стадии перманентной реорганизации, с постоянным снижением качеств подготовки выпускаемых специалистов .

Третья проблема – проверки. Как только Президент РФ говорит, «престаньте кошмарить бизнес» и надо уменьшить прессинг проверок, тут же сотрудники контролирующих организаций (а вузы РФ в последнее время выпустили громадный контингент специалистов, которые только и могут работать в контролирующих организациях), не желая попасть под сокращение, проявляют свою активность .

Четвертая проблема – практически все руководители инновационных фирм, если они еще преподают в вузах, вынуждены серьезно нарушать законодательство. Они не имеют права ездить в командировки, даже если у них в это время нет занятий. Любая командировка – ПРОТИВОЗАКОННА, если только преподаватель не командирован от вуза. Уже есть пострадавшие по этой статье .

Пятая проблема – нескончаемая чехарда с изменением правил подготовки бухгалтерской отчетности. Фактически, это еще одна скрытая форма налога. Изменяют новые правила отчетности и проводят платные обучающие семинары. Для крупного предприятия эти семинары незначительно сказываются на финансовой деятельности, на малом предприятии – это невозможные расходы. Далее все зависит от случая, но практически всегда такие изменения негативны для финансовой деятельности малого предприятия .

Список литературы

1. Amirova, O. A. “Regional economic development resource management:

new approaches” in Economics & Management Research Journal of Eurasia / O. A. Amirova,, I. I. Prosvirina. – 2015, N 1 (5). – Р. 3 – 12 .

2. “Problems of state regulation of innovation policy in the Russian Federation and foreign countries“ in Journal of Advanced Research in Law and Economics / A. J. Pavlov, V. N. Batova, N. N. Kovalyova, A. V. Kolesnikov, A. Y. Sokolov, Y. V. Soboleva. – 2015. – Т. 6, N 4. – С. 802 – 821 .

3. “Problem of virtual space modelling in aviation simulators” in Life Science Journal / V. R. Roganov, E. A. Asmolova, A. N. Seredkin, M. V. Chetvergova, N. B. Andreeva, V. O. Filippenko. – 2014. – Т. 11, N 12. – P. 1097 .

4. Один из вариантов реализации инновационных проектов в условиях современной России / В. Р. Роганов, Э. В. Роганова, Е. А. Асмолова, В. О. Филиппенко // Вестник ЮРГТУ. – Серия: Социально-экономические науки. – 2014. – № 5. – С. 58 – 62 .

5. URL: https://normativ.kontur.ru/document?moduleId=1&documentId=217747 (дата обращения: 14.02.2018) .

CARRYING OUT OF ACTIVITIES BEFORE THE

IMPLEMENTATION OF THE INNOVATIVE PROJECT

–  –  –

Abstract. The article is written on the basis of the experience of members of several initiative groups that successfully created different enterprises with the main activity 73.10 “Research and development in the field of natural and technical sciences” for the implementation of innovation projects in various sectors of the national economy .

Keywords: innovation project, Large investor, Sponsor, stages of innovative project development .

References

1. Amirova, O. A. “Regional economic development resource management:

new approaches” in Economics & Management Research Journal of Eurasia / O. A. Amirova,, I. I. Prosvirina. – 2015, N 1 (5). – Р. 3 – 12 .

2. “Problems of state regulation of innovation policy in the Russian Federation and foreign countries“ in Journal of Advanced Research in Law and Economics / A. J. Pavlov, V. N. Batova, N. N. Kovalyova, A. V. Kolesnikov, A. Y. Sokolov, Y. V. Soboleva. – 2015. – Т. 6, N 4. – С. 802 – 821 .

3. “Problem of virtual space modelling in aviation simulators” in Life Science Journal / V. R. Roganov, E. A. Asmolova, A. N. Seredkin, M. V. Chetvergova, N. B. Andreeva, V. O. Filippenko. – 2014. – Т. 11, N 12. – P. 1097 .

4. One of the variants of realization of innovative projects in the conditions of modern Russia / V. R. Roganov, E. V. Roganova, E. A. Asmolova, V. O. Filippenko // Vestnik YURGTU. – Series: Socio-economic sciences. – 2014. – № 5. – Р. 58 – 62 .

5. https://normativ.kontur.ru/document?moduleId=1&documentId=217747 (date of circulation on February 14, 2018) .

  86 УДК 678.058:539.4

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ПРОФИЛЬНОГО ЭКСТРУДАТА

ИЗ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ

–  –  –

Аннотация. Разработано устройство и проведены экспериментальные исследования по оценке показателей качества профильного экструдата при различных значениях суммарной величины сдвига и скорчинга в нем. Получены значения технологических параметров процесса экструзии резиновых смесей и конструктивных параметров шнековых машин при наилучших физикомеханических показателях качества и наименьших изменениях поперечного сечения экструдата .

Ключевые слова: изменение размеров экструдата, резиновая смесь, степень подвулканизации и пластикации, суммарная величина сдвига, полезная мощность, шнековая машина .

Для успешного конструирования формующих каналов экструзионных головок и разработки новых технологических процессов для переработки резиновых смесей необходимо для заданной производительности оборудования найти рациональные режимные и конструктивные параметры процесса и оборудования при минимальных затратах энергии и заданных показателях качества, таких как: степень пластикации (суммарная величина сдвига), степень подвулканизации (скорчинг), которые косвенно связаны с физико-механическими показателями длинномерных профильных резинотехнических изделий [1] .

При определении суммарной величины сдвига учитывалось влияние в перерабатываемом материале подвулканизации, которая определяется по критерию Бейли [2] .

На рисунке 1 показано устройство, представляющее собой экструзионную головку, модернизированную для исследования продавливания резиновых смесей через формующие каналы различной геометрии. Головка оснащена системой термостатирования, на корпусе которой расположен датчик давления, представляющий собой индикатор часового типа, установленный в обойму с компенсационной пружиной, перемещение которой имеет тарировочную связь с давлением Рис. 1.

Устройство для исследования показателей качества профильного экструдата из резиновых смесей:

1 – индикатор часового типа; 2, 11 – винты крепежные; 3 – планка;

4 – штуцер крепежный; 5 – пружина; 6 – гильза упорная; 8 – кольцо упорное;

9 – мундштук; 10 – корпус; 12 – втулка; 13 – цилиндр переходной;

14 – штуцер воздушный; 15 – дорнодержатель в перерабатываемом материале перед входом в головку. Для определения температуры выхода смеси в головке предусмотрено отверстие для игольчатой термопары, также отверстия для термопары предусмотрены в сменных мундштуках .

Для оценки показателей качества получаемого экструдата были проведены исследования свойств резиновой смеси, а именно, предел прочности образцов на разрыв, их относительное остаточное удлинение, изменение размеров поперечного сечения и скорчинг до загрузки в материальный цилиндр шнековой машины и после проведения процесса профилирования экструдата [3, 4]. В процессе эксперимента назначали такие расчетные режимы экструзии, чтобы в исследуемом материале возникало и не возникало подвулканизации, т.е. значение критерия Бейли не превышало определенной, наперед заданной величины (например, для резиновой смеси НО-68 подвулканизация составляет JB 0,5%) .

Предварительно для известных режимных и конструктивных параметров шнека и цилиндра ( = 6,28 с–1, = 17о, h = 0,003 м, D = = 0,032 м, L = 0,325 м, e = 0,0035, e = 0,001 м) по математической модели процесса экструзии [1] рассчитывается температурное поле по

1. Режимные параметры процесса и показатели качества экструдата

–  –  –

0,1 5 120 6 3450 3 5 1,88 0,10 0,2 3 115 3 3450 3 5 3,12 0,15 0,4 7 110 1 3450 5 7 3,75 0,41 0,5 10 95 0,5 3450 7 10 5,02 0,52 0,6 12 90 0,5 3450 10 15 5,65 0,61 0,7 15 80 0,5 3450 15 20 6,91 0,82 0,8 17 80 0,5 3450 15 20 7,52 0,94 длине шнека и формующих каналов экструзионной головки (температурный режим: Tсм.вх = 393 К, Tц = 353 К) .

В качестве варьируемого параметра для заданного наружного диаметра выходного канала головки (8 мм) принята угловая скорость шнека (табл. 1) .

В процессе эксперимента отбирались пробы экструдата и затем снималась кривая его подвулканизации. Далее образцы экструдата вулканизовались при заданном режиме для резиновой смеси НО-68-1 и измерялись: соответственно, предел прочности образцов на разрыв, относительное остаточное удлинение до (рэ, ост.э) и после (р, ост, ост.э) процесса экструзии, значения которых находились в удовлетворительном диапазоне, а также измерялось относительное изменение диаметра профильного экструдата до () и после (охл) охлаждения .

В результате анализа полученных данных можно сделать вывод о влиянии наличия подвулканизации на относительное изменение диаметра профильного экструдата. Причем при небольшом скорчинге, малой полезной мощности и производительности получен профильный экструдат с минимальным относительным изменением его диаметра. Данный эффект можно использовать при модернизации ранее спроектированной энергосберегающей технологии и оборудования для производства длинномерных резинотехнических изделий с заданными показателями их качества [5] .

Список литературы

1. Соколов, М. В. Математическое моделирование процесса экструзии резиновых смесей с учетом подвулканизации и степени пластикации профилированного экструдата / М. В. Соколов // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2017. – Т. 23, № 1. – С. 440 – 451 .

2. Бекин, Н. Г. Расчет технологических параметров и оборудования для переработки резиновых смесей в изделия / Н. Г. Бекин. – Л.: Химия, 1987. – 272 с .

3. Sokolov, M. V. Determination of total shear during processing of rubber stock // Chemical and Petroleum Engineering / M. V. Sokolov. – 42 (2006), N. 7-8. – Р. 413 – 416 .

4. Соколов, М. В. Расчет шнековых машин для резиновых смесей при заданном качестве экструдата / М. В. Соколов // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2006. – Т. 12, № 4А. – С. 979 – 986 .

5. Соколов, М. В. Энергосберегающая технология и оборудование для производства длинномерных резинотехнических изделий заданного качества / М. В. Соколов // Химическая технология. – 2008. – Т. 9, № 10. – С. 496 – 499 .

DEVICE FOR PREDICTING THE QUALITY OF A PROFILE

EXTRUDATE FROM RUBBER COMPOUNDS

–  –  –

Abstract. The experimental researches on an evaluation of resizing of the cross-section extrudate for want of various significances of total magnitude of a shift are conducted. The significances of technological parameters of process of extrude of rubber mixtures and design data screw of machines for want of best phisicalmechanical parameters of quality and least modifications of the cross-section extrudate are obtained .

Keywords: changing the dimensions of the extrudate, rubber compound, degree of scorch and plasticization, total amount of shear, useful power, auger machine .

–  –  –

Аннотация. В статье показано, что перспективным способом уменьшения потерь мощности оптического излучения, передаваемого через атмосферу, является использование пространственно-неоднородной электромагнитной волны оптического диапазона с фазовым фронтом в виде плоской спирали .

Ключевые слова: просветление атмосферного оптического канала .

Одной из важных проблем, существенно ограничивающей возможности систем лазерной атмосферной связи, мониторинга, а также лазерного оружия, являются потери мощности лазерного излучения в аэрозолях атмосферы в результате поглощения и рассеяния оптических волн частицами среды. Для густых туманов и облаков затухание может составлять до нескольких сотен дБ/км (см. работу [1] и цитированную в ней литературу) .

В частности, сильное затухание лазерного излучения в туманах и облаках существенно затрудняет связь между наземной аппаратурой и спутниками .

Тем не менее привлекательность использования лазерного излучения в системах атмосферной связи и мониторинга и в средствах лазерного оружия заставляет искать новые способы формирования просветленных каналов передачи оптической энергии по атмосферному каналу .

Для существенного снижения затрат энергии на просветление атмосферного оптического канала предлагается следующий способ [1] .

Для эффективной передачи энергии лазерного излучения через атмосферу создается завихренное оптическое поле с синфазной поверхностью в виде плоской спирали, воздействующее на микрочастицы неоднородной среды и создающее в ней просветленный канал, в котором концентрация рассеивателей существенно снижена. Внутри образовавшегося просветленного канала, на той же, или отличающейся длине волны, формируется лазерное излучение с плоским фазовым фронтом, энергию которого необходимо передать через неоднородную среду .

Предлагаемый в работе авторов [1] способ просветления атмосферного оптического канала, основанный на использовании завихренного лазерного излучения, поясняется на рисунке, приведенном в [1] .

Способ реализуется следующим образом. Излучателем формируется завихренное электромагнитное поле оптического диапазона, которое излучается в сторону приемника излучения и создает в неоднородной среде распространения канал просветления. Излучателем формируется излучение оптического диапазона с плоским фазовым фронтом, которое проходит внутри образованного канала просветления в неоднородной среде и достигает приемника излучения с минимальными потерями. В качестве приемника излучения может быть объект, подлежащий уничтожению интенсивным лазерным излучением, формируемым излучателем .

Наиболее существенными силами взаимодействия оптического излучения с микрочастицами (воды, пыли, дыма и т.д.) являются следующие две силы. Первая называется силой давления света Кеплера (сила рассеяния), она пропорциональна рассеивающей поверхности частицы и интенсивности света, ее направление совпадает с вектором Пойнтинга падающей оптической волны. Вторая называется градиентной силой Лоренца, действующая на индуцированный диполь в градиенте интенсивности поля оптической волны. Объекты с показателем преломления выше, чем окружающая среда, притягиваются к областям с высокой интенсивностью света .

Приведенные в [1] и цитируемой там литературе данные свидетельствуют о том, что использование завихренного лазерного излучения является эффективным средством для манипулирования микрочастицами, находящимися, как в воздухе, так и в вязкой жидкости .

В настоящей работе предлагается использовать завихренное лазерное излучение для просветления атмосферного канала передачи оптической энергии [1]. Преимуществом предлагаемого способа [1] является значительное снижение затрат энергии на формирование канала с существенно уменьшенной концентрацией частиц аэрозоля и водного пара, по сравнению с традиционно используемыми способами испарения аэрозоля с помощью мощного лазерного излучения, за счет того, что в предлагаемом способе частицы аэрозоля не испаряются, а смещаются в радиальном направлении, освобождая трассу распространения основного лазерного излучения .

Список литературы

1. Формирование прозрачного оптического канала атмосферы путем использования вихревого лазерного пучка / С. В. Артыщенко, Ю. Г. Пастернак, К. Д. Проскурин, С. М. Федоров // Микроволновые и оптические технологии письма. – 2017. – В. 59. – Р. 2634 – 2638 .

–  –  –

Abstract. The article shows that a perspective way to reduce the power loss of optical radiation transmitted trough the atmosphere is to use a spatially inhomogeneous electromagnetic wave of optical band with a spiral phase front .

Keywords: enlightenment of the atmospheric optical channel .

References

1. Forming a transparent atmospheric optical channel by use of vortical laser beam / S. V. Artyschenko, Yu. G. Pasternak, D. K. Proskurin, S. M. Fedorov // Micrwave and Optical Technology Letters. – 2017. – V. 59. – Р. 2634 – 2638 .

УДК 681.335

АВТОМАТИЗАЦИЯ АНАЛИТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

ДИНАМИКИ СКОРОСТИ ОСЕДАНИЯ ЭРИТРОЦИТОВ

–  –  –

Аннотация. Проведен анализ эффективности динамики режимов калибровки для организации автоматического контроля скорости оседания эритроцитов .

Ключевые слова: скорость оседания эритроцитов (СОЭ), аналитический контроль, статистический анализ, режимы калибровки .

Величина СОЭ является неспецифическим показателем, широко используемым в клинической практике для оценки наличия воспалительных процессов в организме человека при различных заболеваниях и позволяющим следить за ходом заболевания и его лечения [1] .

Известные и общепринятые способы определения скорости оседания эритроцитов – метод Панченкова и метод Вестергрена – основаны на статистическом анализе, т.е. зависимости исследуемой величины от множества ненормированных переменных, которые принимают за информативные параметры, не отражающих физику процесса и их тождественность множеству нелинейных переменных, что приводит к низкой точности измерения [2] .

Принцип разработанных способов определения динамики изменения скорости оседания эритроцитов (СОЭ) заключается в использовании аналитического контроля, т.е. гибкой калибровочной характеристики – высоты слоя плазмы, тождественной эквиваленту натурного эксперимента за счет оптимизации двух предельных (информативных) параметров Н и Т по нормируемым мерам границ адаптивного диапазона – двух кратных моментов времени. Аналитические методы автоматического контроля динамики СОЭ развиваются за счет повышения точности в различных режимах калибровки предельных параметров .

Способ определения динамики изменения скорости оседания эритроцитов – Патент РФ № 2516914 заключается в том, что измеряют высоту слоя плазмы по импульсной динамической характеристике, амплитуду h1, h2 которой фиксируют в два кратных момента времени t1, t2 = 2t1, по которым регистрируют максимальную величину H оседания эритроцитов и постоянную времени T, а также предельную скорость V0, как их отношение, по которым определяют действительную характеристику скорости V(t) оседания эритроцитов .

Данный способ имеет высокую метрологическую эффективность – в отличие от известных решений статистического анализа, способ повышает точность измерения скорости оседания эритроцитов на несколько порядков .

Недостатком данного способа является то, что он рассчитан на случай, когда оба информативных параметра – максимальная величина оседания эритроцитов и постоянная времени известны, но, как правило, на практике в большинстве случаев один из них или оба информативных параметра неизвестны, что не позволяет автоматизировать контроль СОЭ .

Более совершенным является способ определения динамики изменения скорости оседания эритроцитов – Патент РФ № 2655523, отличающийся тем, что определяют максимальную величину оседания эритроцитов по калибровочной характеристике. Калибровку проводят априори для двух измеренных h1, h2 и известных hэ1, hэ2 значений высоты слоя плазмы в два кратных момента времени t1,t2 = 2t1. Калибровочной характеристикой Hi служит функция максимальной величины оседания эритроцитов, компенсирующая неопределенность постоянной времени, выбранной произвольно T *, и связывающая эталонную hэi и измеренную hi характеристики высоты слоя плазмы за счет нормирования измеренных значений известными. По калибровочной характеристике Hi находят действительные значения постоянной времени Т и максимальной величины оседания эритроцитов Н, по которым последовательно строят калибровочную характеристику Hi и действительную характеристику скорости оседания эритроцитов .

При использовании данного способа необходимо знать один информативный параметр – максимальную величину оседания эритроцитов Н, что приводит к автоматизации аналитического контроля и повышению метрологической эффективности на порядок, по сравнению с прототипом – Патент РФ № 2516914 .

Для определения скорости оседания эритроцитов при условии знания только информативного параметра Т – постоянной времени разработан способ определения динамики изменения скорости оседания эритроцитов – Патент РФ № 2660710, в котором определяют постоянную времени Т по калибровочной характеристике, калибровку проводят априори для двух измеренных h1, h2 и известных hэ1, hэ2 значений высоты слоя плазмы в два кратных момента времени t1, t2 = 2t1. Калибровочной характеристикой Т i служит функция постоянной времени процесса, компенсирующая неопределенность максимальной величины оседания эритроцитов, выбранной произвольно Н *, и связывающая эталонную hэi и измеренную hi характеристики высоты слоя плазмы за счет нормирования измеренных значений известными. По калибровочной характеристике Ti находят действительные значения постоянной времени Т и максимальной величины оседания эритроцитов Н, по которым последовательно строят калибровочную характеристику Тi и действительную характеристику скорости оседания эритроцитов .

Данный способ тождественен по метрологической эффективности другим режимам калибровки и при интеграции с ними повышает определение динамики изменения скорости оседания эритроцитов до автоматического контроля .

Таким образом, рассмотрено развитие способов автоматизации динамики СОЭ, выявлены режимы калибровки, имеющие наибольшую метрологическую эффективность, для их интеграции в автоматический контроль .

Список литературы

1. Цыркунов, В. М. Инфекционные болезни и профилактика внутрибольничных инфекций / В. М. Цыркунов. – М.: Асар, 2012. – 848 с .

2. Глинкин, Е. И. Закономерности статистического анализа и аналитического контроля [Текст] / Е. И. Глинкин, Е. В. Власова // Вестник ТГУ. – Тамбов: ТГУ, 2016. – Т. 21. – С. 334 – 342 .

AUTOMATION OF ANALYTICAL CONTROL OF DYNAMICS

ERYTHROCYTE SEDIMENTATION RATE

D. V. Boldyrev, E. I. Glinkin Tambov State Technical University, Tambov Abstract. The analysis of the effectiveness of the dynamics of calibration modes for the organization of automatic control of erythrocyte sedimentation rate .

Keywords: erythrocyte sedimentation rate (ESR), analytical control, statistical analysis, calibration modes .

УДК 004.94

ВЫЯВЛЕНИЕ СКРЫТЫХ ОБЪЕКТОВ НА ИНФРАКРАСНЫХ

ИЗОБРАЖЕНИЯХ С УЧЕТОМ ОСОБЕННОСТЕЙ

ТЕПЛООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

–  –  –

Аннотация. Разработан подход к исследованию теплообменных процессов, основанный на постановке и решении нового класса обратных задач теплопроводности, существенным отличием которого является использование качественной информации. Решение коэффициентной обратной задачи теплопроводности по данным инфракрасных изображений позволяет выявлять объекты по схожим теплофизическим параметрам, а сегментация изображения тепловой томограммы – выделять объекты, невидимые на исходных изображениях .

Ключевые слова: теплообменные процессы, задачи теплопроводности, инфракрасные изображения, беспилотные летательные аппараты .

–  –  –

Отметим, что решение обратной задачи с функционалом (4) не обладает свойством единственности. Выход из этой ситуации возможен в том случае, если использовать априорную информацию о величинах, подлежащих определению, в частности, о качественном характере их изменения на интересующем температурном интервале, которые могут быть формализованы на основе применения методов теории нечетких множеств в частности нечеткими числами LR-типа или нечеткими функциями .

Рассматриваемую обратную задачу теплопроводности можно решить существующими пакетами термодинамического моделирования, основанными на методах конечных разностей, элементов, объемов, в частности COMSOL Multiphysics, ThermoAnalitics. Наиболее близким к поставленной задаче пакетом математического моделирования, базирующимся на теоретических основах радиационной теплофизики, является программа RadThermIR [3] .

Однако ее применение не позволяет получить требуемых пространственных распределений теплофизических параметров – тепловых томограмм в режиме близкому к реальному времени. А именно такое временное ограничение на получение решения задачи (1) – (3), основанного на построении оптимизационной задачи, является новым требованием в технологии оценки эффективности противодействия ИК-разведки, дистанционного зондирования Земли и обнаружения малозаметных объектов в оптическом диапазоне длин волн, диагностирования состояния объектов трубопроводного транспорта с беспилотных летательных аппаратов, поиска и обнаружения скрытых дефектов в ходе теплового неразрушающего контроля .

Одним из путей разрешения возникшего противоречия является решение коэффициентной обратной задачи с применением специальных функций и классов библиотеки цифровой обработки изображений OpenCV. Несмотря на то, что в библиотеке OpenCV содержится значительный набор функций и классов, при решении обратных задач и построении тепловых томограмм необходимо дополнительно использовать методы контурного и фрактального анализа [11 – 13], положенные в основу разработки соответствующих алгоритмов и их программных реализаций, что позволит в режиме реального времени получать отображения тепловых томограмм с учетом особенностей тепловых процессов и решений коэффициентной обратной задачи .

Алгоритмы, отвечающие перечисленным выше требованиям, хорошо известны и основываются на градиентном поиске.

Достижение эффективности при обработке ИК- изображений достигается:

1. Декомпозицией кадра ИК-видеопотока на подобласти .

2. Уменьшением информационной емкости данных для каждой подобласти .

3. Применением дискретных моделей, построенных на быстрых алгоритмах итерационных процедур .

4. Реализацией уравнения процесса измерения на основе метода сравнения с эталонной мерой .

В результате решения оптимизационной параметрической задачи в пределах растра ИК-изображения были получены распределения оцененных значений теплопроводности и температуропроводности исследуемого изотропного материала в пределах глубины прогрева (тепловые томограммы) .

Список литературы

1. Громов, Ю. Ю. Дистанционная оценка пространственных распределений оптико-теплофизических параметров неоднородной среды / Ю. Ю. Громов, Ю. А. Губсков, И. Н. Ищук, И. В. Ворсин // Промышленные АСУ и контроллеры. 2014. – № 6. – С. 24 – 28 .

2. Громов, Ю. Ю. Математическая модель автоматизированной системы испытаний ИК-заметности объектов в условиях неопределенности / Ю. Ю. Громов, А. М. Балюков, И. Н. Ищук, И. В. Ворсин // Промышленные АСУ и контроллеры. 2014. – № 7. – С. 12 – 19 .

3. Громов, Ю. Ю. Дистанционная диагностика изотропных материалов комплексами БЛА / Ю. Ю. Громов, Ю. А. Губсков, И. Н. Ищук, А. В. Парфирьев // Промышленные АСУ и контроллеры. 2014. № – 8. – С. 46 – 50 .

DETECTION OF HIDDEN OBJECTS IN INFRARED IMAGES,

TAKING INTO ACCOUNT THE FEATURES OF HEAT

EXCHANGE PROCESSES

–  –  –

Abstract. An approach to the study of heat exchange processes has been developed, based on the formulation and solution of a new class of inverse problems of heat conduction, the essential difference of which is the use of qualitative information. Solving the coefficient inverse problem of heat conduction using infrared image data allows you to identify objects using similar thermal and physical parameters, and segmentation of a thermal tomogram image allows you to select objects that are invisible in the original images .

Keywords: heat exchange processes, thermal conductivity tasks, infrared images, unmanned aerial vehicles .

УДК 004.74

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО ТЕПЛОВОГО

КОНТРОЛЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВОЙСТВ ОБЪЕКТА

–  –  –

Аннотация. Рассматривается математический аппарат, являющийся основой информационного обеспечения методов неразрушающего теплового контроля теплозащитных свойств образцов из твердых неоднородных или монолитных материалов, использующих прямоугольный нагреваемый участок поверхности. Проведен сравнительный анализ метода, использующего ПИХполосы температуры и метода, использующего температуру центральной точки этой полосы .

Ключевые слова: ПИХ-полосы, неразрушающий тепловой контроль .

Основная идея данной работы создание поверхностных интегрирующих устройств, позволяющих измерять не температуру точки, а некоторый определенный интеграл температуры нагреваемого участка поверхности исследуемого образца. Разработан метод и устройства НК ТФС, основанные на поверхностных интегрирующих преобразователях температуры (интеграторы температуры – ИТ), позволяющие получать информацию о температуре участка поверхности в форме полосы .

Расчетные зависимости разработанного метода получены из решений краевых задач теплопроводности, которые проводились на идеологической основе метода интегральных характеристик (ИХ) [1, 2] .

Будем называть интеграл S(t), распространенный на некоторую неподвижную область V исследуемого тела, объемной интегральной характеристикой (ОИХ) функции ( x, t ) [1, 2]

–  –  –

Список литературы

1. Теплофизические измерения: справочное пособие / В. В. Власов, Ю. С. Шаталов, Е. Н. Зотов, А. С. Лабовская, С. В. Мищенко, А. К. Паньков, С. В. Пономарев, Н. П. Пучков, В. Г. Серегина, А. А. Чуриков. – Тамбов: Издательство Всесоюзного научно-исследовательского института резинотехнического машиностроения, 1975. – 256 с .

2. Чуриков, А. А. Методы и средства неразрушающего контроля теплофизических свойств изделий и образцов из неоднородных твердых материалов: дис.... д-ра техн. наук: 05.11.13. / А. А. Чуриков. – Тамбов, 2000. – 650 с .

3. Карташов, Э. М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел. / Э. М. Карташов. – 3-е изд. – М.: Высшая школа, 2001. – 550 с .

–  –  –

Abstract. The mathematical apparatus is considered, which is the basis of information support of the methods of non-destructive thermal control of the heatshielding properties of samples from solid inhomogeneous or monolithic materials using a rectangular heated surface area. A comparative analysis of the method using the FIR temperature band and the method using the temperature of the central point of this band has been carried out .

Keywords: FIR bands, non-destructive heat control .

–  –  –

Аннотация. Рассмотрены методы контроля качества объектов растительного происхождения, представлены их достоинства и недостатки .

Ключевые слова: бесконтактный тепловой метод, контроль качества, методы контроля, объекты растительного происхождения .

В современных рыночных условиях резко возросли требования к качеству выпускаемой продукции, в том числе и продуктов растительного производства. В связи с этим повышается потребность в достоверном и высокопроизводительном контроле качества объектов растительного происхождения .

Овощи и фрукты, поступающие к потребителю, должны соответствовать ГОСТам. Состав и качество сырья, экологическая безопасность, соблюдение гигиенических и санитарных норм, а также соответствие продуктов требованиям и стандартам имеют огромное значение в технологии выращивания и изготовления пищевых продуктов .

Продукт должен соответствовать определенным параметрам: размер, отсутствие повреждений и заболеваний. Это важно, во-первых, для здоровья человека, во-вторых, для реализации и хранения .

В настоящее время существуют следующие методы контроля:

1) Визуальный – подразумевает под собой оценку внешнего вида продукта человеком, возможно с приборами (например, лупой, микроскопом и др.). Устанавливается соответствие или несоответствие (дефект) овощей и фруктов требованиям стандарта. Контроль может быть сплошным, выборочным, разрушающим и неразрушающим .

Существенным недостатком этого метода является ограничение исследования только видимой областью изучаемого объекта, т.е. некоторые фитозаболевания не могут быть обнаружены человеком .

Этот метод обычно совмещают с другими методами. Иногда складываются условия, при которых ни один другой метод не может быть использован .

2) Гиперспектральный – метод основан на анализе спектра .

Например, ученые Боннского университета, Технического университета в Дортмунде и Института Фрауэнгофа разработали метод, который заключается в исследовании изменения цвета стеблей, листьев и цветков, что является характерной чертой болезни (например, бурая ржавчина и др.) [1]. Участки с измененной окраской отражают световые волны иначе, чем здоровые ткани растений. Ученые считают, что каждой болезни присущ свой вид отражения .

Достоинством этого метода является быстрота (сразу определяется инфекция и возбудитель, стадия и степень тяжести заболевания), простота использования (датчики можно прикрепить к сельскохозяйственной технике, фермеры легко могут наблюдать за посевами), регистрируются минимальные изменения в состоянии здоровья растения .

К недостаткам можно отнести тот факт, что данные системы работают в узком интервале длин волн и некоторые заболевания в этом диапазоне просто не видны .

3) Тепловой метод основан на взаимодействии теплового поля объекта с термометрическим чувствительным элементом (термопарой, болометром, термоиндикаторами и т.п.), преобразования параметров поля (интенсивности, температурного градиента, контраста, лучистостей и др.) в параметры электрического или другого сигнала и передаче его на регистрирующий прибор [2]. Данный метод основан на измерении, наблюдении и постоянном анализе температур внутри и на поверхности исследуемого объекта растительного происхождения .

Основное условие использования этого способа – конвекция тепла в объекте изучения .

Важным техническим параметром является изменение температуры. Эти измерения помогают определить внутренние и внешние свойства, а также присутствие невидимых внутренних заболеваний .

К преимуществам теплового неразрушающего контроля можно отнести: контроль может производится на удалении от исследуемого объекта; производительность и скорость обработки данных достаточно высоки; возможность изучать объект сразу с нескольких сторон; возможно получение одновременно нескольких параметров при исследовании; совмещение данного метода с другими; стандартные системы обработки информации; производство контроля конвейерного типа, а также применение автоматической системы управления; длина волны инфракрасного света 8…14 мкм .

К приборам теплового контроля относят: тепловизоры, термометры, измерители тепловых потоков, пирометры, логгеры данных, измерители теплопроводности и термоэтикетки .

Работа этих приборов основана на измерении и теплового потока и температуры .

Тепловой метод может быть бесконтактный (в зависимости от температуры объекта за счет излучения электромагнитных волн в видимой или инфракрасной части спектра) и контактный .

Методы при тепловом контроле применяют активные (объект подвергают воздействию от внешнего источника энергии; для создания тепловых потоков внутри объекта контроля производится нагрев специальным внешним источником тепла; делятся на стационарные и нестационарные) и пассивные (объект не подвергают воздействию от внешнего источника энергии, что и является преимуществом данного метода; используется постоянно действующее, естественное тепловое возбуждение в объекте) [2] .

Наиболее интересные разработки в этой сфере исследований:

1. Тепловой метод активного контроля качества картофеля с применением систем технического зрения, предложенный С. В. Мищенко, А. Г. Дивиным .

На рисунке 1 представлена функциональная схема контроля .

Суть метода: объект контроля вращают путем помещения между двумя вращающимися валками и воздействуют на него с двух сторон импульсами теплового излучения от инфракрасных ламп. С помощью приемника излучения получается изображение исследуемого объекта в инфракрасном свете в разных ракурсах. Это можно посмотреть на рис. 2 [3] .

Рис. 1. Функциональная схема теплового активного контроля картофеля

Рис. 2. Картофель с гнилью в видимом свете и с гнилью в инфракрасном свете

2. Метод тонкослойной хроматографии, который предложили О. Сиза, И. Тимкова, О. Савченко, В. Челябиева [4] .

3. Метод и устройство для теплового неразрушающего контроля качества овощей и фруктов, предложенный А. Г. Дивиным, А. А. Чуриковым, А. Г. Филатовой [5] .

В статье описывается устройство и метод контроля комплекса тепловых и физических свойств (теплопроводность, теплоемкость, коэффициент температуропроводности образцов растительного происхождения) .

Описывается случай, когда нагрев осуществляется только на небольшом участке поверхности образца. Это технически более доступно и экономично .

В работе взяли два полуограниченных тела (одно с известными свойствами, второе – объект, свойства которого необходимо определить) и поместили между ними плоский нагреватель. Воздействием тепла через локальный участок поверхности в образце создали многомерный тепловой процесс .

На рисунке 3 представлена структурная схема измерительной установки .

4. Тепловой метод контроля качества объектов, предложенный С. В. Мищенко, А. Г. Дивиным, Ю. Ю. Громовым, П. В. Балабановым .

Метод создан с помощью анализа изображений, полученных в инфракрасном свете после теплового воздействия на объекты контроля в ходе специально организованного теплофизического эксперимента .

Режимные параметры такого воздействия должны обеспечивать максимальную чувствительность метода контроля. Они могут определятьРис. 3. Структурная схема измерительной установки:

ПК – персональный компьютер; ТПС – термопреобразователь сопротивления;

ЭК – электронный ключ; ПСД – плата сбора данных ся по результатам аналитического и численного моделирования процессов теплопереноса в объектах, содержащих включения с другими теплофизическими свойствами [6] .

5. Использование фотоники в растениеводстве закрытого грунта, метод предложен Е. М. Басарыгиной, Т. А. Путиловой, А. Ю. Полтавским [7] .

Они предложили использовать технические средства и методы, применимые в фотонике для реализации технологий электродосвечивания и электросветокультуры в закрытом грунте, а также для проведения контроля качества овощей .

Из вышеизложенного материала можно сделать вывод, что неразрушающий бесконтактный тепловой метод контроля качества объектов растительного происхождения достаточно перспективен. Исследования нормативной документации показывают, что разработке нормативных требований к проверке качества растительных объектов не уделяется необходимого внимания. Тепловой контроль качества, обладающий такими свойствами как оперативность, точность, простота, универсальность, большая производительность, дистанционность, может стать необходимым инструментом в обеспечении доступности и безопасности продуктов питания на стадиях уборки урожая, сортировки и хранения .

В целом данный метод позволит сохранить урожай на долгие месяцы, а здоровье на годы .

Список литературы

1. Новый способ быстрой диагностики заболеваний растений [Электронный ресурс]. – URL: http://infoindustria.com.ua/novyiy-sposob-byistroy-diagnostikizabolevaniy-rasteniy/ (дата обращения: 29 сентября 2018) .

2. ГОСТ 23483–79. Контроль неразрушающий. Методы теплового вида .

Общие требования .

3. Гриднева, Т. С. Метод теплового контроля качества овощей и фруктов с применением технического зрения [Текст] / Т. С. Гриднева, И. И. Пеняскина, Н. А. Спицын, Е. Г. Тимонина // Качество продукции: контроль, управление, повышение, планирование: сб. науч. тр. – 2016. – С. 195 – 197 .

4. Сизая, О. И. Эффективность контроля качества пищевых продуктов методом тонкослойной хроматографии [Текст] / О. И. Сизая, И. О. Тымкова, О. Н. Савченко, В. Н. Челябиева // Технические науки и технологии: сб. науч .

тр. – 2018. – № 1 (11). – С. 150 – 158 .

5. Дивин, А. Г. Метод и устройство для теплового неразрушающего контроля качества овощей и фруктов [Текст] / А. Г. Дивин, А. А. Чуриков, А. Г. Филатова // Качество продукции: контроль, управление, повышение, планирование: сб. науч. тр. – 2016. – С. 231 – 235 .

6. Мищенко, С. В. Тепловой метод контроля качества объектов [Текст] / С. В. Мищенко, А. Г. Дивин, Ю. Ю. Громов, П. В. Балабанов // Виртуальное моделирование, прототипирование и промышленный дизайн: материалы III Международной науч.-практ. конференции. – Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВО «ТГТУ», 2016 .

7. Басарыгина, Е. М. Фотоника в растениеводстве закрытого грунта [Текст] / Е. М. Басарыгина, Т. А. Путилова, А. Ю. Полтавский // Научные проекты Южно-уральского государственного аграрного университета: сб. науч .

тр. – Челябинск, 2016. – С. 65 – 68 .

–  –  –

Abstract. The methods of quality control of objects of plant origin are considered, their advantages and disadvantages are presented .

Keywords: non-contact thermal method, quality control, methods of control, objects of plant origin .

УДК 681.518.3

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОВОЩЕЙ

–  –  –

Аннотация. Разработана автоматизированная система, позволяющая проводить измерения теплофизических свойств овощей в целях осуществления контроля их качества .

Ключевые слова: теплофизические свойства, контроль качества овощей, тепловизионная камера, техническое зрение .

Здоровье и продолжительность жизни человека во многом зависят от качества потребляемых им продуктов питания. Большое значение в рационе питания имеют овощи и фрукты, которые являются источниками витаминов, минералов, углеводов и других, полезных для организма человека, веществ .

Очень важно, чтобы до потребителя доходили только качественные и безопасные овощи и фрукты. Во многом эта задача решается путем сортировки, в ходе которой отбраковываются инородные тела, а также растительные объекты, имеющие несоответствующие размеры и повреждения, полученные в результате фитозаболеваний или механических воздействий. При сортировке применяются как механические методы с использованием ручного труда, так и автоматические сортировочные комплексы с применением бесконтактных неразрушающих методов контроля [1 – 6]. Как правило, эти методы основаны на бесконтактной идентификации здоровой и поврежденной растительной ткани в зависимости от ее плотности (ультразвуковые и рентгеновские методы контроля), цвета (оптические), эмиссионного или абсорбционного спектра (гиперспектральный метод), а также свойств некоторых микроорганизмов, вирусов и грибков преобразовывать энергию ультрафиолетового излучения в видимый свет (люминесцентный контроль) .

В последние годы активно развивается тепловой контроль качества овощей и фруктов [4]. Здоровые и поврежденные растительные ткани имеют различную структуру (следовательно, различные значения теплопроводности, теплоемкости, коэффициента температуропроводности). Поэтому в процессе нагрева (охлаждения) их температуры отличаются. Таким образом, суть теплового контроля состоит в кратковременном тепловом воздействии на объекты контроля и выявлении поврежденных участков объектов на основе анализа нестационарных температурных полей их поверхностей .

Для автоматической регистрации дефектов растительных тканей по изображениям, получаемым в ходе теплового контроля, все чаще используются системы технического зрения. Эти системы включают в себя тепловизионные камеры, имеющие высокую чувствительность в диапазоне 7…13 мкм длин волн электромагнитного излучения, персональный компьютер или контроллер, а также специализированное программное обеспечение, позволяющее проводить цифровую обработку изображений .

Для надежной регистрации дефектов необходимо обеспечить высокий и безопасный для растительных тканей температурный контраст T между здоровыми и поврежденными участками. Для создания T в процессе контроля оказывают тепловое воздействие на объект. При этом величина температурного контраста в значительной степени зависит от мощности и времени теплового воздействия, а также от теплофизических свойств (ТФС) объекта контроля. Очевидно, что для объектов, отличающихся физическими свойствами, например, яблок или картофеля, максимальные значения T при одних и тех же параметрах теплового воздействия будут отличаться. Поэтому актуально решение задач определения рациональных параметров теплового воздействия на объект, при которых система контроля позволит с требуемой вероятностью обнаружить дефекты. Цель данной работы состояла в разработке автоматизированной системы теплового контроля качества (АСКК) клубней картофеля для повышения эффективности .

Для автоматизированного исследования ТФС был применен разработанный нами ранее бесконтактный метод [7]. В его основу положено допущение, что объект контроля представляет собой полуограниченное тело, на круглый участок радиусом R поверхности которого воздействует источник тепла c известной функцией мощности q1 от времени t .

Для реализации описанного метода разработана автоматизированная система контроля ТФС, которая состоит из следующих основных функциональных блоков: объект контроля 1, тепловизионная камера 2, адаптер 3, персональный компьютер 4, блок управления 5, блок питания 6, лазер 7 (рис. 1) .

Рис. 1. Схема автоматизированного измерения ТФС овощей Для получения первичной информации о температуре поверхности тела используется тепловизионная камера производства фирмы FLIR модели A35. Тепловизионная камера предназначена для систем технического зрения и может формировать видеопоток со скоростью до 60 кадров в секунду. Программное обеспечение, разработанное в среде графического программирования LabVIEW 2016, принимает изображение с тепловизионной камеры, покадрово обрабатывает его с применением технологий машинного зрения NI Vision и определяет значение интегральной температуры на круглом участке поверхности объекта радиусом R и искомые теплофизические характеристики объекта контроля .

Список литературы 1. “Recent advnes in emerging imaging techniques for non-destructive detection of food quality and safety”, Trends in Analitical Chemistry / Q. Chen, Ch. Zhang, J. Zhao, Q. Ouyang. – 2013. – V. 52. – P. 261 – 274 .

2. “Hyperspectral-multispectral linescan imaging system for automated poultry carcass inspection applications for food safety”, Poult. Sci. / K. Chao, C. Yang, Y. Chen, M. Kim, D. Chan. – 2007. – V. 86. – P. 2450 – 2460 .

3. Du, C. J. “Recent developments in the applications of image processing techniques for food quality evaluation”, Trends Food Sci. Technol. / C. J. Du, D.W. Sun. – 2004. – V. 15. – P. 230 – 249 .

4. “Detection of foreign bodies in food by thermal image processing”, IEEE Trans. Ind. Electron. / G. Ginesu, D. D. Giusto, V. Margner, P. Meinlschmidt. – 2004. – V. 51. – P. 480 – 490 .

5. Mehl, P. “Detection of defects on selected apple cultivars using hyperspectral and multispectral image analysis”, Appl. Eng. Agric. / P. Mehl, K. Chao, M. Kim, Y. Chen. – 2002. – V. 18. – P. 219 – 226 .

6. “Trends in application of imaging technologies to inspection of fish and fish products”, Trends Food Sci. Technol. / J. R. Mathiassen, E. Misimi, M. Bondo, E. Veliyulin, S. O. Ostvik. – 2011. – V. 22. – P. 257 – 275 .

7. “Thermal control of potatoes quality”, 2017 International Conference “Quality Management, Transport and Information Security, Information Technologies” (IT&QM&IS) / A. G. Divin, A. A. Churikov, P. V. Balabanov, A. P. Savenkov and A. S. Egorov. – St. Petersburg, 2017. – P. 716 – 719 .

AUTOMATED MESUREMENT SYSTEM OF VEGETABLES

THERMOPHYSICAL CHARACTERISTICS

–  –  –

Abstract. An automated system has been developed that allows measurements of vegetables thermophysical characteristics in order to control their quality .

Keywords: thermophysical characteristics, vegetables quality control, thermal imaging camera, computer vision .

УДК 66-5

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ КОМПЛЕКС

ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА

ХИМИЧЕСКИХ ДОБАВОК В БЕТОНЫ,

ИХ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ И ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

–  –  –

Аннотация. Рассмотрен вариант построения автоматизированного лабораторного комплекса для исследования свойств химических добавок в бетоны и технологий их производства. Представлена структура комплекса технических средств системы управления лабораторным комплексом .

Ключевые слова: добавки в бетоны, автоматизированный лабораторный комплекс, система управления; SCADA-система .

Современное производство бетона невозможно без применения химических добавок. Добавки в бетон успешно применяются на объектах жилищного строительства, при сооружении дорожных и аэродромных покрытий, в строительстве мостов и тоннелей, на гидротехнических сооружениях. Неоспоримым достоинством химических добавок в бетоны является стабильность их поведения на различных цементах и инертных материалах при условии соответствующего качества последних [1] .

Разработка новых химических добавок в бетоны – трудоемкий и дорогостоящий процесс [2]. Одним из вариантов снижения трудоемкости и стоимости разработки таких добавок является их синтез на специализированных лабораторных установках. На таких пилотных установках возможно проводить разработку и исследование технологий производства целого ряда перспективных продуктов. Автоматизация лабораторных комплексов позволит значительно повысить эффективность проводимых исследований .

Создаваемые автоматизированные лабораторные комплексы (АЛК) должны быть компактными, иметь широкий набор контрольноизмерительной аппаратуры (датчиков для измерения различных технологических параметров), возможность реализовывать на установке различные термодинамические режимы .

На ПАО «Пигмент» в сотрудничестве с Тамбовским государственным техническим университетом создан пилотный АЛК (рис. 1), предназначенный для разработки и исследования технологий производства перспективных химических добавок в бетоны .

Рис. 1. Пилотный автоматизированный лабораторный комплекс

Система управления АЛК обеспечивает:

• различные температурные режимы ведения процесса в реакторах (нагрев, охлаждение, стабилизация температуры, программное регулирование);

• различные режимы дозирования реагентов в реакторы (дозирование по массе, дозирование по времени, дозирование с заданной и изменяемой по программе производительностью, дозирование до достижения заданной величины рН и др.);

• различные гидродинамические режимы ведения процесса в реакторах за счет возможности варьирования в широких пределах частоты вращения мешалок;

• протоколирование хода проведения процесса (ведение трендов технологических параметров в графической и табличной формах, архивирование данных, протоколирование действий оператора) .

Система управления АЛК строится как иерархическая многоуровневая система, в которой можно выделить нижний уровень датчиков и исполнительных механизмов, средний уровень ПЛК и верхний операторский уровень (автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора) .

Структура комплекса технических средств (КТС) АЛК представлена на рис. 2 .

КТС включает щит контроля и управления (ЩКУ), в котором установлены: отечественный промышленный контроллер ПЛК 308 (компания «ОВЕН») с модулями аналогового и дискретного вводавывода серии Мх-110, блоки питания, промежуточные реле .

АРМ Верхний уровень оператора

–  –  –

Рис. 2. Структура КТС системы управления АСУ ТП:

ЩКУ – щит контроля и управления; AI – модули аналогового ввода;

AO – модуль аналогового вывода; DI – модуль дискретного ввода;

DO – модуль дискретного вывода; UPS – бесперебойный источник питания АРМ оператора реализовано с использованием отечественной

SCADA-системы «КРУГ-2000». АРМ реализует [3]:

• сбор текущей информации о ходе технологического процесса от ПЛК;

• представление текущей и исторической информации на дисплее АРМ;

• обработку, архивирование и хранение текущей информации;

• отслеживание аварийных и предаварийных ситуаций с генерацией сигналов тревоги, представление и запись аварийных ситуаций в моменты их возникновения;

• ввод и передачу команд и сообщений оператора в ПЛК;

• регистрацию действий оператора;

• разграничение доступа и прав пользователям АРМ .

Разработанная пилотная АЛУ значительно повысила эффективность работы лаборатории ПАО «Пигмент» в области разработки и исследований технологий производства перспективных добавок в бетоны .

Список литературы

1. Ерохин, В. С. Химические добавки для высококачественных бетонов / В. С. Ерохин // Технологии бетонов. – 2009. – № 11(28). – С. 12 – 14 .

2. Елизаров, И. А. Автоматизированная система управления процессом приготовления основы добавок к бетонам / И. А. Елизаров, В. Н. Назаров, А. А. Третьяков // Промышленные АСУ и контроллеры. – 2016. – № 1. – С. 4 – 10 .

3. Интегрированные системы проектирования и управления: SCADAсистемы: учебное пособие / И. А. Елизаров, А. А. Третьяков, А. Н. Пчелинцев и др. – Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2015. – 160 с .

AUTOMATED LABORATORY COMPLEX FOR RESEARCH

OF PRODUCTION TECHNOLOGIES

OF CHEMICAL ADDITIVES IN CONCRETE,

THEIR THERMOPHYSICAL AND CHEMICAL PROPERTIES

–  –  –

Abstract. The variant of construction of the automated laboratory complex for research of properties of chemical additives in concrete and technologies of their production is considered. The structure of the complex of technical means of the laboratory complex control system is presented .

Keywords: concrete additives, automated laboratory complex, control system;

SCADA-system .

УДК 681.32:007.5

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ФРАКТАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ОБЪЕКТОВ

ПРИ ДЕШИФРИРОВАНИИ АЭРОФОТОСНИМКОВ

–  –  –

Аннотация. Рассматривается фрактальный подход к решению задачи автоматизированного обнаружения и выделения объектов видовой аэрокосмический разведки для их дальнейшего дешифрирования .

Ключевые слова: дистанционное зондирование земли, обнаружение, распознавание, идентификация .

В современных условиях преимуществом в ходе ведения боевых действий обладает тот, кто способен в наикратчайший срок (в режиме близком к реальному времени) получать, обработать и передать органам военного управления (ОВУ) необходимые разведданные .

На сегодняшний день наиболее перспективным направлением развития воздушной разведки является применение беспилотной авиации. Выполнение разведывательного полета с использованием БПЛА, особенно в условиях боевых действий, значительно снижает риск потери экипажа, а зачастую является единственным способом получения оперативно-тактической информации с поля боя. При этом ключевую роль начинает играть скорость получения и обработки данных воздушной разведки, для качественного анализа которых требуются специальные аппаратные и программные средства, позволяющее своевременно обрабатывать большой объем поступающей информации .

Одним из перспективных методов обработки аэрофоматериала является фрактальный метод анализа текстуры изображений, позволяющий описывать свойства неоднородностей на этих фотоснимках .

В связи с этим, целью данной работы является определение характеристик изображений объектов на аэрофотоснимках, позволяющих решить задачу автоматизации процесса поиска, выделения и распознавания объектов специального мониторинга на фоне подстилающей поверхности .

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд трудно формализуемых задач, в частности задачу поиска неоднородностей (артефактов) на изображениях подстилающей поверхности с однородной текстурой, задачу фильтрации этих артефактов и выявления потенциальных целевых объектов (целей), а также задачу подсветки (выделения) этих объектов на изображении для окончательного принятия решения оператором .

Одним из этапов автоматизированной обработки аэрофотоснимков при подготовке их к дешифрированию, является обнаружение целевых объектов. Эта задача, даже при известных параметрах объекта, не является тривиальной. Если же параметры искомого объекта не известны, то решение данной задачи требует еще более неординарного подхода .

Предложенный метод поиска неоднородностей (артефактов) на изображениях основан на следующем положении. Любое изображение земной поверхности содержит два класса объектов: естественные (природные) и искусственные (антропогенные). Для моделирования природных объектов используется фрактальная геометрия, которая была введена Б. Мандельбротом [1] .

Фракталом (от латинского fractus – изломанный, дробленый) называется математическое множество, которое обладает свойством самоподобия (объект, в точности или приближенно совпадающий с частью себя самого) .

Фундаментальными характеристиками фракталов, позволяющими моделировать природные объекты, являются: самоподобие – способность увеличенного фрагмента объекта выглядеть идентично исходному объекту и фрактальная размерность D – коэффициент, описывающий структуру объектов на основе количественной оценки их сложности или зависимость метрических свойств (длина, ширина, площадь) от масштаба измерения .

Получение численного значения D объекта позволяет сделать вывод о его принадлежности к классу природных либо антропогенных объектов. Для реальных объектов и их изображений строгое математическое вычисление фрактальной размерности неприменимо. Вместо этого используются различные оценочные методы. Применительно к фрактальному анализу изображений, полученных с БПЛА, могут быть использованы методы расчета размерности D поверхности, формируемой значениями яркости цифрового оптико-электронного изображения. К числу таких методов относят метод призм, метод подсчета кубов, метод броуновской модели и ряд других методов [1 – 3], которые используют скользящие окна сканирования изображения, размер которых зависит от целевого назначения .

Метод призм разработан Кларком в 1986 г. для вычисления D топографических поверхностей [3]. По цифровому изображению перемещается окно сканирования, в котором происходит определение значений яркости пикселов, как правило, когда маска (окно) сканирования равна 22 или 33 пикселя, а затем вычисляются площади четырех пространственных треугольников, формируемых за счет перепадов по яркости, которые в сумме дают призму. Каждый такой треугольник является верхней поверхностью призмы, построенной от основания, где яркость составляет 0, до соответствующих значений яркости (рис. 1). Таким образом, суммарная площадь всех четырех пространственных треугольников, формирующих фрактальную поверхность, будет больше либо равна евклидовой площади сканирующей маски (окна) .

Фрактальная размерность D вычисляется как отношение логарифмов площадей фрактальной ( S фр ) и евклидовой (S) поверхностей в окне:

log(Sфр ) D= (1) .

log(S ) Для решения задачи описания и выделения контуров объектов, был разработан и реализован в среде высокоуровневого моделирования «Matlab» алгоритм определения фрактальных признаков объектов основанный на модифицированном методе призм [3] .

–  –  –

Результаты обработки изображений предложенным методом показаны на рис. 2, где слева представлено исходное изображение, а справа – результат его фрактальной обработки .

С использованием предложенного метода анализа текстуры изображения на исходном снимке были найдены фрактальные артефакты, характеризующие целевые объекты, после чего, с применением способа морфологической обработки изображений, определены наиболее характерные признаки артефактов и выделены целевые объекты на изображении, на которые стоит обратить внимание оператору .

На рисунке 3 показан результат обработки аэрофотоснимка предложенным методом .

Предложенный подход значительно ускоряет анализ большого потока однотипных изображений и облегчает их дешифрование .

Предложенный метод является вспомогательным при обработке большого потока однотипных данных. Данный метод обработки текстур имеет перспективы дальнейшего развития, особенно в комплексе с нейросетевыми методами обработки изображений .

Рис. 3. Результат обработки аэрофотоснимка предложенным методом Очевидно, что фрактальные свойства объектов позволяют различать природу их происхождения – естественное или антропогенное .

Таким образом, развитие и совершенствование методов обработки аэрофотоснимков на основе фрактальных свойств изображенных на них объектов является перспективным .

Список литературы

1. Мандельброт, Б. Фрактальная геометрия природы / Б. Мандельброт. – М.: Институт компьютерных исследований, 2002. – 464 с .

2. Разработка методики использования фрактальных свойств объектов при дешифрировании данных дистанционного зондирования земли / И. А. Железнов, И. А. Выхованец, В. Г. Фирсов, С. Н. Андреев // Комплексные проблемы техносферной безопасности: матер. IV Междунар. науч.-практ. конф. – Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2017. – Ч. 1. – С. 65 – 70 .

3. Fractal analysis of remotely sensed images: A review of methods and applications / W. Sun, G. Xu, P. Gong, S. Liang // Int. J. Remote Sens. – 2006. – V. 27, N 22, 20 November. – P. 4963 – 4990 .

DEVELOPMENT OF THE METHODS

OF THE USE FRAKTALINYH CHARACTERISTIC OBJECT UNDER IDENTIFICATION AIREAL PHOTO

I. A. Zheleznov, S. N. Andreev Military Educational Research Centre of Air Force “Air Force Academy named after Professor N. E. Zhukovsky and Y. A. Gagarin”, Voronezh Abstract. An approach to the problem of automatic recognition object in the decryption of aerial photography is based on the use of fractal properties of images .

Keywords: remote flexing the land, finding, recognition, identification

References

1. Mandel'brot, B. Fraktal'naya geometriya prirody / B. Mandel'brot. – M.:

Institut komp'yuternyh issledovanii, 2002. – 464 s .

2. Razrabotka metodiki ispol'zovaniya fraktal'nyh svoistv ob'ektov pri deshifrirovanii dannyh distancionnogo zondirovaniya zemli / I. A. Jeleznov, I. A. Vyhovanec, V. G. Firsov, S. N. Andreev // Kompleksnye problemy tehnosfernoi bezopasnosti: materialy IV Mejdunar. nauch.-prakt. konf. – Voronej: FGBOU VPO “Voronejskii gosudarstvennyi tehnicheskii universitet”, 2017. – Ch. 1. – S. 65 – 70 .

3. Fractal analysis of remotely sensed images: A review of methods and applications / W. Sun, G. Xu, P. Gong, S. Liang // Int. J. Remote Sens. – 2006. – V. 27, N 22. – 20 November. – P. 4963 – 4990 .

УДК 621.01/.03, 621.37

ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ПРОГРАММНОГО

ОБЕСПЕЧЕНИЯ HYDRUS-1D

В ЗАДАЧЕ ТЕПЛОВОЙ ТОМОГРАФИИ

И. Н. Ищук1, Д. Д. Дмитриев2, А. А. Долгов1, А. А. Бебенин1 Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина», Воронеж boerby@rambler.ru Сибирский федеральный университет, Красноярск Аннотация. Приводятся исследования программной среды HYDRUS-1D при решении прямой задачи теплопроводности для различных материалов в условиях естественного теплообмена с окружающей средой. Приведены результаты экспериментальной апробации задания теплофизических параметров материалов, взятых в качестве эталонных, различными вариантами и их сравнительный анализ .

Ключевые слова: теплофизические параметры, теплопроводность, теплоемкость, объемная теплоемкость, плотность, программная среда .

В настоящее время одним из перспективных направлений ведения дистанционного мониторинга и анализа техногенных территорий является применение беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) большой длительности полета в совокупности с многоспектральными оптико-электронными средствами (ОЭС), позволяющие получать множество динамических многоспектральных изображений района мониторинга. Весьма важную роль при этом играет дешифрирование получаемых многоспектральных изображений, заключающееся в распознавании малозаметных техногенных объектов, находящихся в условиях естественного теплообмена с окружающей средой, вскрытии их структуры и состава на основе оценки двумерного пространственного распределения теплофизических параметров (ТФП) поверхностного и глубинного слоев территории мониторинга, с помощью получаемых тепловых томограмм этих слоев .

Для решения задачи расчета пространственного распределения температурных полей на поверхности и вглубь исследуемого района дистанционного мониторинга рассмотрим программную среду математического моделирования HYDRUS-1D, имеющую весьма узкую область применения. В работе приводятся исследования по практическому использованию программной среды HYDRUS-1D при расчете пространственного распределения температурных полей в различных классах материалов, а в частности, описан альтернативный вариант задания ТФП в данной программной среде, позволяющий ей работать со всеми известными классами материалов .

Постановка задачи. Для задания теплофизических параметров материала необходимо войти в раздел «HeatTransport-Parameters»

главного интерфейса HYDRUD-1D (рис. 1). Откроется окно, изображенное на рис. 2 .

В таблицу, расположенную в данном окне, необходимо занести следующие ТФП материала: теплопроводность (), объемная теплоемкость C p () .

–  –  –

где – насыщенность материала водой; b1, b2, b3 – эмпирические параметры материала .

Уравнение (1) имеет место для неоднородных переменнонасыщенных пористых сред (почв). Для работы со справочными данными уравнение (1) можно упростить:

() = b1, (2) где b1 – справочное значение теплопроводности для данного материала .

Объемная теплоемкость C p () определяется уравнением (3) [1]:

C p () = Cn n + Co o + Cw + Ca a (1,92n + 2,51o + 4,18) 106, (3)

где Cn, Co, Cw, Ca – теплоемкость твердой фазы, органических веществ, жидкой фазы и газообразной фазы материала соответственно;

n, o – объемная доля твердого вещества и органических веществ в материале соответственно .

Значение n соответствует полю таблицы «Solid», а значение o – полю таблицы «Org. m» .

Так как в дальнейшем предполагается рассмотрение только твердых материалов, то объемную теплоемкость твердой фазы материала определим соотношением:

C p () = Cn n = CT T, (4) где CT – справочное значение теплоемкости материала; T – справочное значение плотности материала .

Экспериментальная апробация. Экспериментальная апробация предложенного варианта задания ТФП заключается в сравнении распределения температурных полей в заранее выбранном эталонном материале, заданного с помощью выбора его из встроенного каталога HYDRUS-1D и с помощью описанного варианта с использованием справочных значений ТФП данного эталонного материала .

В качестве эталонных материалов выберем песок (() = 1,13 Вт/мК, CT = 800 Дж/кгК, T = 1500 кг/м3) и глину (() = 0,8 Вт/мК, CT = = 750 Дж/кгК, T = 2300 кг/м3) Задание эталонных материалов вышеописанными вариантами в HYDRUS-1D представлено на рис. 3 и 4 .

а)

–  –  –

б)

Рис. 4. Задание ТФП эталонного материала глина:

а – выбором из каталога HYDRUS-1D;

б – с использованием справочных значений ТФП Результаты моделирования распределения температурных полей в эталонных материалах представлены на графиках (рис. 5, 6) .

–  –  –

а) б) Рис. 6. Пространственное распределение температурных полей в эталонном материале глина:

а – выбором из каталога HYDRUS-1D;

б – с использованием справочных значений ТФП Выводы. Таким образом, рассмотрен альтернативный вариант задания ТФП различных материалов в программной среде HYDRUS-1D, позволяющий использовать справочные значения ТФП материалов .

В ходе расчета были получены пространственные распределения температур на поверхности и вглубь эталонных материалов в течение суток. Сравнительный анализ графиков пространственного распределения температурных полей в эталонных материалах (рис. 5, 6), заданных двумя различными вариантами (рис. 3, 4), показал их идентичность (относительная погрешность составила менее 10%), что свидетельствует о достоверности описанного варианта задания ТФП материалов и возможности его практического применения в программной среде HYDRUS-1D. Приведенные в работе исследования позволяют значительно расширить область применения рассматриваемого программного продукта, что делает возможным применение его при решении задачи классификации объектов дистанционного мониторинга, состоящих из однослойных и многослойных структур различных классов материалов .

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 18-08А) .

Список литературы

1. imnek, J., The HYDRUS-1D Software Package for Simulating the OneDimensional Movement of Water, Heat, and Multiple Solutes in Variably-Saturated

Media. Version 3.0 / J. imnek, M. Th. van Genuchten, M. ejna. – Сalifornia:

Preprint Department of environmental sciences university of Сalifornia riverside, 2005. – P. 270 .

2. Saito, H. Numerical analyses of coupled water, vapor and heat transport in the vadose zone / H. Saito, J. imnek, B. Mohanty // Vadose Zone J. – 2006. – N 5 – P. 784 – 800 .

3. Способ классификации стационарных и квазистационарных объектов по данным динамических инфракрасных изображений, получаемых комплексами с беспилотными летательными аппаратами / И. Н. Ищук, А. М. Филимонов, Е. А. Степанов, К. В. Постнов // Радиотехника. – 2016. – № 10. – С. 145 – 151 .

4. Способ классификации объектов оптико-электронными системами разведки на основе обработки многоспектрального кубоида изображений / И. Н. Ищук, Е. А. Степанов, А. А. Бебенин, Д. Д. Дмитриев, А. М. Филимонов // Журнал Сибирского федерального университета. Сер.: Техника и технологии. – 2017. – Т. 10, № 2. – С. 183 – 190 .

5. Корреляционная обработка кубоида инфракрасных изображений, получаемых с беспилотных летательных аппаратов. Ч. 1. Моделирование и обработка инфракрасных сигнатур техногенных объектов в процессе суточного изменения температур / И. Н. Ищук, Ю. Ю. Громов, К. В. Постнов, Е. А. Степанов, В. Н. Тяпкин // Журнал Сибирского федерального университета .

Сер.: Техника и технологии. – 2016. – № 3. – С. 310 – 318 .

RESEARCH ON APPLICATION SOFTWARE HYDRUS-1D

IN THE PROBLEM OF THERMAL TOMOGRAPHY

I. N. Ishchuk1, D. D. Dmitriev2, A. A. Dolgov1, A. A. Bebenin1 Military Educational Research Centre of Air Force “Air Force Academy named after Professor N. E. Zhukovsky and Y. A. Gagarin”, Voronezh Siberian Federal University, Krasnoyarsk Abstract. The article presents the research of the software environment HYDRUS-1D in solving the direct problem of thermal conductivity for different materials under conditions of natural heat exchange with the environment .

The results of experimental testing of the task of thermophysical parameters of materials taken as reference, various options and their comparative analysis are presented .

Keywords: thermophysical parameters, thermal conductivity, heat capacity, volumetric heat capacity, density, software .

References

1. imnek, J., The HYDRUS-1D Software Package for Simulating the OneDimensional Movement of Water, Heat, and Multiple Solutes in Variably-Saturated

Media. Version 3.0 / J. imnek, M. Th. van Genuchten, M. ejna. – Сalifornia:

Preprint Department of environmental sciences university of Сalifornia riverside, 2005. – P. 270 .

2. Saito, H. Numerical analyses of coupled water, vapor and heat transport in the vadose zone / H. Saito, J. imnek, B. Mohanty // Vadose Zone J. – 2006. – N 5 – P. 784 – 800 .

3. Method of classification of stationary and non-stationary objects according to the dynamic infrared images obtained complexes with unmanned aerival vehicles / Ishchuk I. N., Filimonov A. M., Stepanov E. A., Postnov K. V. // Radiotekchnika. – 2016. – N 10. – Р. 145 – 151 .

4. The method of classification of objects by electro-optical intelligence systems on the basis of processing of multispectral images of the cuboid / I. N. Ishchuk, E. A. Stepanov, A. A. Bebenin, D. D. Dmitriev, A. M. Filimonov // Journal of Siberian Federal University Engineering and Technology. – 2017. – Т. 10, N 2. – Р. 183 – 190 .

5. Correlation processing of infrared image cuboid, obtained from unmanned aerial vehicles. Part 1. Modeling and processing of infrared signatures of manmade objects in the process of daily temperature change / I. N. Ishchuk, Yu. Yu. Gromov, K. V. Postnov, E. A. Stepanov, V. N. Tyapkin // Journal of Siberian Federal University Engineering and Technology. – 2016. – N 3. – Р. 310 – 318 .

УДК 504.068.43:2

КОМПЛЕКСНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕХНОСФЕРНОЙ

БЕЗОПАСНОСТИ И РАЦИОНАЛИЗАЦИЯ

ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

–  –  –

Аннотация. Рассмотрены основные методические подходы к оценке состояния городских систем. Проведена оценка модели городской системы и проанализирована концепция устойчивого развития при формировании городских агломераций. Предложен комплексный подход к городским образованиям, как целостным системам для рационального и эффективного городского природопользования .

Ключевые слова: проблемы безопасности, городская система, концепция устойчивого развития, эффективность, городское природопользование .

Экологическая безопасность региона определяется оценкой состояния городских систем и зависит от многих факторов, таких как количество средств и объем мероприятий, направляемых на природоохранную деятельность городских систем. Механизм экологизации – это сложная система институтов экологического регулирования, управления и контроля, посредством которой осуществляется рациональное использование и воспроизводство природно-ресурсного потенциала, оценки состояния городской системы (ведущий уровень понятия качества, комфортности и здоровья среды) в свете концепции устойчивого развития .

В настоящее время в городах Российской Федерации можно наблюдать нерациональное использование земель, причиной которого являются новые социально-экономические условия, ухудшение экологических условий и ряд других причин. В связи с этим меняются требования к управлению земельными ресурсами городов, изменения относятся и к территориальному планированию, градостроительному проектированию и городскому природопользованию. Рост городских систем и снижение качества городской среды создают необходимость пересмотра системы управления городскими территориями [1] .

В городских поселениях проживает около половины населения планеты, в развитых странах городское население составляет до 80…90% от общей численности населения. По прогнозам ООН к 2035 г. доля городского населения в мире возрастет до 65%, в промышленно развитых странах она будет составлять в среднем 80%. К 2050 году около 75% жителей планеты будут проживать в гигантских мегаполисах с численностью населения более 10 – 11 млн. чел .

Таким образом, изучение городской системы как единой природно-техногенной системы и анализирование методических подходов к оценке городских систем в системе экологической безопасности региона является весьма актуальной проблемой .

Исследование теоретических источников позволило выделить основные методические подходы к изучению городских систем, среди которых следующие: инженерно-градостроительный, ландшафтногеохимический и ландшафтно-географический подходы. Основные положения территориального планирования, ландшафтоведения и градостроительства аккумулируются в инженерно-градостроительном подходе.

Можно выделить три основных направления исследований городских ландшафтов:

1. Анализ влияния ландшафтов на формирование городских систем .

2. Исследование влияния городских систем на состояние и динамику природных и техногенных комплексов .

3. Формирование общей концепции городского ландшафта в свете концепции устойчивого развития .

Современные знания о влиянии природно-климатических и ландшафтных условий на возникновение, развитие и функционирование городских систем положены в основу теоретических градостроительных концепций и реализуются на практике в системе нормативной документации, методике предпроектного анализа и оценки территории, проектах территориального и пространственного развития городов. В основе теории лежит большой исторический и современный практический опыт планирования, проектирования, строительства и реконструкции городских систем в различных природно-климатических условиях [2, 3] .

Ландшафтно-геохимический подход основывается на исторических исследованиях. Вследствие активного роста городских территорий и ухудшения качества городской среды происходит преобразование всех ландшафтных комплексов. Влияние на формирование ландшафтов городские системы оказывают и за пределами городской застройки .

Ландшафтно-географический подход основывается на общей геосистемной концепции городского ландшафта. Основоположник этого подхода Ф. Н. Мильков, также большой вклад в опыт ландшафтного исследования городских систем внесли работы А. Г. Рихтера, Г. П. Миллера, Ю. Г. Тютюника, Г. Григоряна, и др. Городские системы рассматриваются в ландшафтно-географической концепции как совокупность различных ландшафтов разной степени антропогенной измененности. Необходимость разработки принципов единства структуры застроенных и незастроенных территорий лежит в основе ландшафтного географического подхода [4] .

Таким образом, совокупность взаимосвязанных природных и техногенных комплексов, формирующих единую ландшафтнотехногенную систему, лежат в основе современной концепции городских систем. В функционировании и динамике городских систем ведущая роль принадлежит антропогенным системам, и они превосходят природные системы .

В модели В. Б. Калмановой рассматривается структура городской системы. Все составляющие субсистемы и подсистемы являются основополагающими, взаимосвязанными и взаимообусловленными и определяют качество городской среды и комфортность проживания населения (рис. 1). Выделяются три основных блока системы: социосистема, геосистема, техносистема. Социосистема рассматривается как совокупность населения, экономической базы и сферы жизнеобеспечения. Естественный и преобразованный ландшафты включает геосистема. Производственную, градостроительную и инфраструктурную подсистемы включает в себя техносистема. Геосистема в совокупности с техносистемой формирует природно-техногенную подсистему [2] .

Большое внимание к экологическим проблемам в теории градостроения характерно для начала XXI в. Качество городской среды и комфортность проживания населения стали основополагающими понятиями для оценки городской среды.

Основной концепцией формирования городских систем стала концепция устойчивого развития городских систем, в которую входят следующие основные категории:

безопасность жизнедеятельности, охрана природы, общественное здоровье и экономическая эффективность. Безопасность техносферы – обеспечение экологически безопасного функционирования городских объектов. Обеспечение экологической безопасности предполагает защиту от техногенных аварий и катастроф, включая взрывы, обрушения, пожары, аварийные сбросы и выбросы токсичных веществ .

В процессе практической реализации Поручения Президента РФ о разработке методики оценки качества городской среды в целях обеспечения наиболее благоприятных условий для проживания Министерством природных ресурсов и экологии РФ ежегодно определяются экологические рейтинги крупных городов страны (табл. 1). Категории рейтинга определены с учетом прогрессивного международного опыта и рекомендаций ООН и ОЭСР по экологически сбалансированному развитию городов [5]. Таким образом, исследование научно-методологических подходов оценки состояния городских систем позволяет выделить комплексный подход к городским образованиям как целостным системам, объединяющим природные комплексы и техносферу, с ведущей ролью антропогенной деятельности. Можно сделать вывод, что концепцию устойчивого развития следует рассматривать как основной подход в изучении характера территориального развития городов, городских землепользований и городских систем в системе экологической безопасности региона .

Рис. 1. Структура городской системы [2]:

1 – потребности: материальные (обеспеченность благоустроенным жильем, сферой услуг, работой); духовные (общение, доступ к источникам информации, объектам культуры); потребность в здоровье;

2 – градообразующие и градообслуживающие составляющие;

3 – здравоохранение, жилищно-коммунальное хозяйство, транспортные услуги, образование и другие; 4 – геохимические биологические процессы

1. Экологический рейтинг городов России в 2016 г .

–  –  –

Список литературы

1. Калманова В. Б. Город как урбогеосистема / В. Б. Калманова // Региональные проблемы. – Изд-во: Институт комплексного анализа региональных проблем Дальневосточного отделения РАН (Биробиджан), 2009. – № 12. – С. 26 – 28 .

2. Нематериальное стимулирование эффективной природоохранной деятельности предприятий / Н. В. Банникова, Н. Н. Крупина, Н. А. Крюкова,

В. В. Загайный // Национальные интересы: Приоритеты и безопасность. – М.:

Изд-во ООО «Издательский дом ФИНАНСЫ и КРЕДИТ», 2016. – № 4(337). – С. 4 – 17 .

COMPLEX PROBLEMS OF TECHNOSPHERE SAFETY  

AND RATIONALIZATION OF NATURE MANAGEMENT

N. A. Krukova, A. V. Pavlovich Military Educational Research Centre of Air Force “Air Force Academy named after Professor N. E. Zhukovsky and Y. A. Gagarin”, Voronezh Abstract. The problems of ecological safety and assessment urban systemsIn article the main methodical approaches to an assessment of a condition of city systems are considered. The assessment of model of city system is carried out and the concept of a sustainable development when forming city agglomerations is analysed. The integrated approach to city educations, as to complete systems for rational and effective city environmental management is offered Keywords: city systems, methodical approaches, concept of a sustainable development, city environmental management

References

1. Kalmanova, V. B. Gorod kak urbogeosistema / V. B. Kalmanova // Regional'nye problemy. Izd-vo: Institut kompleksnogo analiza regional'nyh problem Dal'nevostochnogo otdeleniya RAN (Birobidjan), 2009. – N 12. – S. 26 – 28 .

2. Nematerial'noe stimulirovanie effektivnoi prirodoohrannoi deyatel'nosti predpriyatii / N. V. Bannikova, N. N. Krupina, N. A. Kryukova, V. V. Zagainyi // Nacional'nye interesy: Prioritety I bezopasnost'. – M.: Izd-vo OOO “Izdatel'ski idom FINANSY i KREDIT”, 2016. – N 4(337). – S. 4 – 17 .

УДК 537.3

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА СИЛОВОЙ СЕТИ

–  –  –

Аннотация. Рассмотрено устройство, обладающее высокой стабильностью функционирования, позволяющее дискретно с шагом 0,01 В регулировать силовое напряжение. Максимальная скорость изменения напряжения составляет 0,2 В/с .

Ключевые слова: силовая сеть, напряжение, контроллер, фазовое регулирование, тиристор .

Во многих случаях оказывается необходимым изменение напряжения на нагрузке с малой скоростью. В частности, такая проблема возникает при регулировании напряжения на нагревателе теплофизической установки при исследовании свойств веществ вблизи температур фазовых переходов .

В настоящей работе рассматривается двухфазный тиристорный регулятор с фазовым управлением [1, 2]. Высокая стабильность работы устройства и возможность плавной регулировки выходного напряжения обеспечиваются за счет оригинального блока, регулятора фазы, который собран на базе микроконтроллера ATmega16 .

Работа устройства происходит следующим образом. Переменное напряжение силовой сети поступает, в частности, на двухполупериодный выпрямитель, а затем на аналоговый компаратор, который формирует короткие синхроимпульсы напряжения, следующие с частотой 100 Гц. Синхроимпульс запускает работу регулятора фазы на следующую половину периода силовой сети. В составе регулятора фазы имеется генератор импульсов частотой 16 МГц. С помощью встроенного делителя частоты из этого сигнала формируется последовательность импульсов частотой 2 МГц. В дальнейшем эта последовательность импульсов используется для формирования управляющих сигналов .

Кроме того, на регулятор фазы включения поступает управляющая команда от основного компьютера, обеспечивающего согласованное функционирование всех устройств установки [3 – 5]. В соответствии с данными сигналами формируются импульсные напряжения, управляющие работой тиристоров. Компьютер регулирует темп нагрева (охлаждения), посылая с устанавливаемой экспериментатором частотой в регулятор фазы кодовые посылки (Код). Значение последнего управляет фазой включения тиристоров, и, следовательно, величиной напряжения на нагрузке. Используемые тиристоры ТО2-40 обеспечивают пропускание тока силой до 40 А .

Временной промежуток между соседними синхроимпульсами равен 9900 мкс, и, следовательно, в этот промежуток может быть помещено 19 800 импульсов частоты 2 МГц. Синхроимпульс запускает таймер/счетчик Т1 микроконтроллера ATmega16. Начиная с этого момента таймер/счетчик Т1 производит счет импульсов частоты 2 МГц .

Получившееся число сравнивается в регистрах сравнения A и B таймера/счетчика Т1 с числами (Кодами), сформированными на основании команды компьютера, управляющего работой устройства. При достижении равенства происходит формирование сигналов, управляющих работой тиристоров. Изменение кода на единицу приводит к изменению выходного напряжения примерно на 0,01 В .

Устройство формирует разнополярные импульсы тока, поступающие в нагрузку. Изменение числовых значений в регистрах счетчика Т1 микроконтроллера от 0 до 19 000 регулирует скважность импульсов тока, благодаря чему эффективные напряжения на нагрузке изменяются в пределах от 10 до 200 В. Закон регулирования задается с помощью компьютера и может быть различным в зависимости от решаемых задач.

В нашем случае реализованы следующие законы:

монотонный подъем (снижение) выходного напряжения и поддержание неизменного значения выходного напряжения. В случае, когда происходит возрастание напряжения, устанавливается ограничение максимального выходного Кода. В режиме понижения напряжения минимальное значение Кода равно нулю. При необходимости зафиксировать величину выходного напряжения Код устанавливается неизменным, микроконтроллер при этом поддерживает неизменной фазу включения тиристоров .

Максимальная скорость, с которой может изменяться выходное напряжение, составляет 0,2 В/с, минимальная – 0,001 В/с. Стабильность выходного напряжения определяется стабильностью сетевого напряжения. Созданное устройство может использоваться в качестве источника тока при решении многочисленных задач в приборостроении и силовой энергетике .

Работа выполнена при поддержке РФФИ (гранты № 11-08-00275 и 14-08-00228) .

Список литературы

1. Справочник по радиоэлектронным устройствам. В 2-х томах / под ред. Д. П. Линде. – М.: Энергия, 1978. – Т. 2. – 328 с .

2. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: справочник / Г. С. Найвельт, К. Б. Мазель, Ч. И. Хусаинов и др. – М.: Радио и связь, 1985. – 576 с .

3. Ивлиев, А. Д. Метод температурных волн в теплофизических исследованиях / А. Д. Ивлиев // Теплофизика высоких температур. – 2009. – Т. 47, № 5. – С. 771 – 792 .

4. Высокостабильный модулятор теплового излучения установки для измерения теплофизических характеристик материалов / О. А. Векшина, И. М. Векшин, А. А. Куриченко, А. Д. Ивлиев // Измерительная техника. – 2010. – № 6. – С. 42 – 45 .

5. Усилитель сигнала от преобразователя колебаний температуры поверхности образца / И. М. Векшин, О. А. Векшина, А. А.Куриченко, А. Д. Ивлиев // Измерительная техника. – 2012. – № 11. – С. 26 – 28 .

DEVICE FOR VOLTAGE REGULATION AC POWER LINE

–  –  –

Abstract. A device with a high stability of functioning is considered, which allows to regulate the power voltage discretely in steps of 0.01 V. The maximum rate of change of voltage is 0.2 V/s .

Keywords: power network, voltage, controller, phase regulation, thyristor .

References

1. Handbook of electronic devices. In 2 volumes / ed. D. P. Linde. – M.:

Energy, 1978. – V. 2. – 328 p .

2. Sources of power for electronic equipment. Reference book / G. S. Nayvelt, K. B. Mazel, Ch. I. Khusainov, etc. – M.: Radio and communication, 1985. – 576 p .

3. Ivliyev, A. D. Method of temperature waves in thermophysical investigations / A. D. Ivliyev // High Temperature. – 2009. – V. 47, N 5. – Р. 771 – 792 .

4. A highly stable thermal radiation modulator for equipment for measuring the thermal characteristics of materials / O. A. Vekshina, I. M. Vekshin, A. A. Kurichenko, A. D. Ivliev // Measurement Techniques. – 2010. – N 6. – Р. 42 – 45 .

5. An amplifier of the signal from a converter of the temperature oscillations of the surface of an object / I. M. Vekshin, O. A. Vekshina, A. A. Kurichenko, A. D. Ivliev // Measurement Techniques. – 2012. – N 11. – Р. 26 – 28 .

УДК 518.6, 536.6

АЛГОРИТМ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО СЛЕЖЕНИЯ

ЗА НАЗЕМНЫМ ТЕПЛОВЫМ ОБЪЕКТОМ

–  –  –

Аннотация. Разработан алгоритм автоматического сопровождения беспилотного летательного аппарата на последовательности изображений на основе корреляционной фильтрации для повышения эффективности ведения объективного контроля .

Ключевые слова: корреляционный анализ, двумерное дискретное преобразование Фурье, объективный контроль, цифровая обработка изображений .

Беспилотный летательный аппарат (БЛА) за последние пять лет получил широкое применение в задачах поиска полезных ископаемых, воздушной разведки, а также специальных задачах федеральных органов и практически поставил на второй план пилотируемую авиацию .

Это связано с обеспечением безопасности полетов по сохранению жизни и здоровья экипажей, сокращении обслуживающего персонала и техники [1]. Однако, как и в пилотируемой авиации, не исключены ситуации повреждения, крушения и потери БЛА как по вине бортовой аппаратуры управления, так и экипажа. Бльшая часть подобных ситуаций приходится на момент посадки БЛА на полосу как с использованием бортового оборудования, так и совместно со штатными средствами посадки аэродрома .

Основными причинами повреждения БЛА в таких случаях может послужить некачественная подготовка экипажей. Для повышения эффективности ведения объективного контроля предлагается использовать систему автоматического сопровождения БЛА на последовательности изображений с использованием оптико-электронных средств (ОЭС), работающих в видимом и инфракрасном диапазонах длин волн .

Постановка задачи. Для реализации автоматического сопровождения БЛА необходимо осуществить его поиск на изображении .

В свою очередь, поиск БЛА является методом цифровой обработки, который позволит отслеживать траекторию его движения на последовательности изображений и определить координаты БЛА на двумерной плоскости [2]. Это позволит определить длины проекций (сигналы рассогласования) на оси абсцисс и ординат линии, соединяющей начало системы координат в центре изображения с точкой геометрического центра найденного фрагмента (рис. 1) .

Сопровождение БЛА в автоматическом режиме с использованием ОЭС включает два этапа .

Поиск и сопровождение БЛА на последовательности изображений. Данный способ применяется для поиска и сопровождения БЛА на последовательности изображений при использовании стационарной ОЭС, установленной на взлетно-посадочной полосе в стороне от линии курса .

Использование корректирующего устройства. Данный способ предполагает использование корректирующего устройства на базе пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора, удерживающего БЛА на визирной оси путем вращения вала двух бесколлекторных двигателей (сервоприводов) в зависимости от поступающих сигналов рассогласования, изменяющих курсовой угол и угол места ОЭС .

Обнаружение координат БЛА на изображении. Обнаружением координат БЛА является нахождение таких позиций на изображении, которые максимально соответствуют заданной маске (шаблону) для поиска .

Маска формируется в момент инициализации путем захвата БЛА окном слежения или обученными автоматическими или полуавтоматическими алгоритмами. На рисунке 2 представлен момент выбора маски с использованием окна слежения. В данном случае за начало координат на двумерной плоскости размером XY пикселов берется левый верхний угол изображения. Координаты вектора смещения указывают на расположение левого верхнего угла маски размером SP пикселов .

Рис. 1. Локальная система координат на двумерной плоскости Рис. 2. Инициализация обучающего изображения (маски) Из большого числа методов и алгоритмов сопровождения объектов в автоматическом режиме выбран корреляционный метод обработки цифровых изображений [1] .

Корреляционный метод основывается на приписывании градациям классификационных переменных численных значений так, чтобы максимизировать некоторый функционал (максимизации коэффициента корреляции) .

По определению взаимной корреляцией двух двумерных массивов чисел (изображения и маски) является выражение [3] S 1 T 1 R ft ( x, y ) = f ( x + i, y + j ) t ( i, j ), (1) i =0 j =0 где f – матрица интенсивностей пикселов исходного изображения по серой шкале (рис. 3, а); t – матрица интенсивностей пикселов маски по серой шкале (рис. 3, б), t f; S и P – высота и ширина маски соответственно (рис. 2) .

На рисунке 3, а представлено исходное изображение беспилотного летательного аппарата «Форпост», а на рис. 3, б – маска, на основе которой осуществляется поиск и определение координат схожего фрагмента на исходном изображении .

а)

–  –  –

Рис. 3. Исходные изображения БЛА (а) «Форпост» и маски (б) Используя формулу (1) для вычисления корреляции между фрагментами изображений, применяются элементы пересекающихся частей. Результатом вычисления по формуле (1) является матрица отклика фильтра, максимальный элемент которой указывает на координату центрального пиксела шаблона. Для экономии ресурсов вычислительных систем осуществляется поиск максимума целевой функции (корреляции), основанный на численных методах решения линейных оптимизационных задач [4 – 8] .

Рассмотренный подход, заключающийся в вычислении корреляции по формуле (1) для всех точек изображения, требует очень высоких временных затрат и ресурсов вычислительной системы особенно для масок большого размера, что на практике в системах реального масштаба времени не находит своего применения. Поэтому целесообразно использовать алгоритмы, основанные на применении быстрого дискретного преобразования Фурье [9 – 12] .

В работе разработан алгоритм обнаружения БЛА с использованием корреляционного метода обработки цифровых изображений, исходя из следствия теоремы о свертке и на основе дискретного двумерного преобразования Фурье [1, 13, 14]. Алгоритм заключается в реализации следующей последовательности действий .

Инициализация обучающего изображения. Инициализация маски, по которой будет осуществляться поиск фрагмента на исходном изображении, показано на рис. 2. Размер окна слежения выбирается таким образом, чтобы число строк и столбцов было нечетным .

Смещение сигнала шаблона. Осуществляется путем вычитания из каждого значения пиксела среднего значения по всей области шаблона (математического ожидания). В результате этого сумма всех элементов будет равна нулю. Если этого не сделать, то максимум корреляционной матрицы будет указывать не на положение шаблона на исходном изображении, а на наиболее яркие области на ней .

Расширение исходного изображения f и маски t до размеров x y, где x = X + S 1, а y = Y + P 1 (см. рис. 2). Исходное изображение и маска расширяются путем помещения их в левые верхние углы, при этом свободные элементы нового изображения дополняются нулями, как показано на рис. 4, а, б .

Вычисление матрицы интенсивностей пикселов.

В качестве меры «близости» изображения и шаблона используется следующая формула, являющаяся следствием теоремы корреляции [1, 13]:

{ } R ft ( x, y ) = F 1 F f ( x, y ) F * t ( x, y ), (2)

–  –  –

Рис. 4. Результат расширения исходного изображения (а) и маски (б) В результате проведенных исследований было установлено, что коэффициент PSR в нормальных условиях отслеживания находится в диапазоне от 1,5 до 2,6, что указывает на стабильное сопровождение объекта разработанным алгоритмом. В случае, если коэффициент пиковой силы опускается ниже 1,3, значит происходит перекрытие объекта внешними предметами или выход объекта за пределы кадра [17 – 20] .

б) а)

–  –  –

Определение координат БЛА на изображении (рис. 5). Координаты максимального элемента [x0, y0] в матрице интенсивностей пикселов (2) при допустимых значениях коэффициента пиковой силы (3) определяют вектор сдвига левого верхнего угла шаблона относительно точки с координатами [0, 0] (рис. 2) [20] .

Обновление маски для обучения алгоритма. С течением времени БЛА может часто менять внешний вид путем вращения, масштаб, перемещаться в разных условиях освещения или совсем пропасть из зоны видимости [21, 22]. В таком случае алгоритм цифровой обработки должен быстро адаптироваться для нормального процесса отслеживания. Адаптация алгоритма к таким изменениям заключается в обновлении маски, по которой осуществляется поиск фрагмента на исходном изображении. В процессе обучения используется метод скользящего среднего [14, 23] Ti * = Ti * + (1 ) Ti * 1, (4)

–  –  –

где Gi ( x, y ) = F ( gi ) – желаемые отклики при расчете корреляции, которые в пространственной области имеют вид распределения Гаусса с центром в заданном месте на изображении, Ti ( x, y ) – образ маски, Ti* ( x, y) – комплексно-сопряженное число .

При этом поиск объекта осуществляется на основании вычисления функции [6] R ft ( x, y ) = F 1 { F ( x, y ) H ( x, y )} .

(6) Исследование показало, что при нормальных условиях сопровождения, значение результата вычисления по формуле (3) варьируется между 20,0 и 60,0. Это указывает на стабильное сопровождение объекта. Снижение коэффициента пиковой силы (3) ниже 7,0 свидетельствует о потере объекта .

Применение метода корреляционной фильтрации с минимальной выходной суммой квадратичной ошибки позволяет стабильно отслеживать БЛА с использованием одной маски. Алгоритм, основанный на методе корреляционной фильтрации с минимальной выходной суммой квадратичной ошибки, является устойчивым к изменениям масштаба, освещения, положения в пространстве и деформации .

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 18-08А) .

Список литературы

1. Гонсалес, Р. Цифровая обработка изображений / Р. Гонсалес, Р. Вудс. – М.: Техносфера, 2005. – 1071 с .

2. Алпатов, Б. А. Системы автоматического обнаружения и сопровождения объектов / Б. А. Алпатов. – М.: Радиотехника, 2008. – 175 с .

3. Ахмед, Н. Ортогональные преобразования при обработке цифровых сигналов / Н. Ахмед, К. Р. Рао; пер. с англ. – М.: Связь, 1980. – 248 с .

4. Аббасов, М. Э. Методы оптимизации: учебное пособие / М. Э. Аббасов. – СПб.: ВВМ, 2014. – 64 с .

5. Глинченко, А. С. Цифровая обработка сигналов: учебное пособие / А. С. Глинченко: в 2-х ч. – Красноярск: Изд-во КГТУ, 2001. – Ч. 1. – 199 с .

6. Корн, Г. Справочник по математике / Г. Корн, Т. Корн. – М.: Наука, 1973 .

7. Грузман, И. С. Цифровая обработка изображений в информационных системах: учебное пособие / И. С. Грузман. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000. – 168 с .

8. Лукин, А. Введение в цифровую обработку сигналов (математические основы) / А. Лукин. – М.: МГТУ, 2007. – 54 с .

9. Курячий, М. И. Цифровая обработка сигналов: учебное пособие для вузов / М. И. Курячий. – Томск: Томск. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2009. – 190 c .

<

–  –  –

Abstract. In this paper, an algorithm for automatic tracking of an unmanned aerial vehicle on a sequence of images based on correlation filtering is developed to improve the efficiency of objective control .

Keywords: correlation analysis, two-dimensional discrete Fourier transform, objective control, digital image processing .

УДК 518.6, 536.6

СПОСОБ КОНТРОЛЯ НАВИГАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ

ПРИ ЗАХОДЕ НА ПОСАДКУ БЕСПИЛОТНЫХ

ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

А. В. Парфирьев, Е. А. Степанов, О. С. Вышлов Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина», Воронеж Аннотация. Описаны особенности обработки инфракрасных изображений при посадке беспилотных летательных аппаратов самолетным способом .

Разработана схема обработки динамических инфракрасных изображений и контроля навигационных параметров при заходе на посадку летательных аппаратов. Произведена оценка потенциальной точности предложенного метода определения навигационных параметров .

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, инфракрасный диапазон, сегментация изображений, обработка изображений, динамическая регистрация, автоматическое сопровождение .

В последнее время беспилотные летательные аппараты (БЛА) все активнее используются наряду с пилотируемыми самолетами в различных сферах боевого применения авиации, включая нанесение ракетно-бомбовых ударов и радиоэлектронное противодействие средствам противника. Управление БЛА осуществляется на основе данных ГЛОНАСС и GPS [1]. Однако, как показывает опыт боевых действий, эти системы можно легко «подавить». В этом случае для определения местоположения БЛА в воздухе должны использоваться другие системы, к ним можно отнести: радиолокационные системы дальней навигации, радиотехнические системы ближней навигации, радиолокационные станции обзора воздушного пространства, радиолокационные системы посадки. Однако эти системы не обладают достаточной точностью, необходимой для посадки БЛА на аэродром .

Требуемую точность определения навигационных параметров БЛА, заходящих на посадку, обеспечивают системы с видимым и инфракрасным диапазоном волн. Использование видимого диапазона волн для контроля посадки БЛА неэффективно, так как в сложных погодных условиях (дождь, туман, снег) дальность действия таких систем резко уменьшается до сотен метров. Системы инфракрасного (ИК) диапазона волн лишены этих недостатков, поэтому для контроля БЛА, заходящего на посадку в автоматическом режиме, предлагается использовать ИК-диапазон волн .

Постановка задачи. Для контроля БЛА, заходящего на посадку в автоматическом режиме, необходимо найти способ обработки динамических изображений в зоне посадки, обеспечивающий автоматическое сопровождение .

Под зоной посадки будем понимать объем пространства вокруг заданной линии посадки (курс, глиссада) в пределах 8° по углу места и 6° по азимуту (рис. 1). Экспериментальные данные были получены с телевизионного прибора, формирующего потоковое видео с разрешением 640480 пикселей, частотой кадров 10 кадров в секунду и углом зрения 8,3° по азимуту и 6,2° по углу места. Спектральный диапазон прибора 7,5…13,5 мкм. Потенциальная точность данного прибора составляет менее 1 мин по углу места и азимуту .

На определение местонахождения БЛА существенное влияние будет оказывать наличие местных предметов и малоподвижных метеообразований, а также зависящие от дальности геометрические размеры изображения БЛА .

В настоящее время существует множество способов обработки изображений в системах динамической регистрации объектов [1–4], которые позволяют обнаружить движущиеся объекты, вычислить их геометрические размеры, определить скорость и направление движения .

Сегментация изображений в таких системах сводится к определению фона от объекта, т.е. разделению изображения на части и выделению необходимого элемента. Эти способы подвержены многочисленным ложным срабатываниям из-за неравномерного фона, незначительной разницы в контрастности между фоном и объектом, наличия большого количества скачков яркости и большому количеству пропуска цели из-за малых геометрических размеров БЛА в обрабатываемом изображении. При решении автоматического контроля за посадкой БЛА необходимо учитывать эти особенности .

Рис. 1. Зона обзора при посадке БЛА Современные способы обработки изображений наиболее полно представлены в библиотеках машинного зрения, поэтому для решения поставленной задачи будем использовать объектно-ориентированный язык программирования C# и кросс-платформенного.NET – дополнения для компьютерной библиотеки машинного зрения OpenCV (Emgu CV) .

Алгоритмическая схема метода контроля БЛА, заходящего на посадку. Для осуществления контроля навигационных параметров при посадке БЛА самолетным способом предлагается UML-диаграмма последовательности применения алгоритмов компьютерного зрения библиотеки OpenCV для решения задач обработки динамических ИК-изображений, представленная на рис. 2 .

Рис. 2.

UML-диаграмма последовательности применения алгоритмов компьютерного зрения:

n – текущий кадр; N – последний кадр Для решения поставленной задачи определена последовательность действий над исходными ИК-изображениями, заключающаяся в выделении движущихся пикселей, применении порогового преобразования и функций математической морфологии, алгоритмов выделения, поиска и сглаживания контуров, а также функций нанесения дополнительной графической информации .

Для выделения движущихся пикселей воспользуемся формулой вычисления разницы по модулю между двумя растрами полутоновых изображений:

A[i, j ] = S1[i, j ] S n [i, j ], (1) где S1[i, j ] – первый исходный растр; S n [i, j ] – n-й исходный растр;

A[i, j ] – результирующий растр; i, j – координаты точки на растре .

Приведенное действие реализовано функцией cvАbsDiff компьютерной библиотеки OpenCV. Данная функция эквивалентна системе селекции движущихся целей, используемой для обработки радиолокационного сигнала .

Для подавления собственного шума приемника исходный растр изображения преобразуется в бинарный черно-белый растр по пороговому значению сигнала (фильтр порогового преобразования) .

Для этого в рассматриваемой компьютерной библиотеке имеется функция cvInvoke.cvThreshold.

Преобразование растра изображения (1) осуществляется в соответствии со следующим выражением:

225, если A[i, j ] kt ;

T [i, j ] = (2) 0, если A[i, j ] kt, где k t – пороговое значение, kt  [0, 255] .

Величина порога kt должна выбираться в зависимости от среднего значения яркости исходного растра .

Растры изображения получены в результате применения приведенных двух функций (рис. 3) .

Для подавления остаточного шума тепловизионного приемника применяются функции математической морфологии – эрозия (cvInvoke.cvErode) и расширение (cvInvoke.cvDilate). В основе базовых операций математической морфологии для бинарных изображений лежат операции из теории множеств.

Формально они могут быть определены следующим образом:

I (T), I (T + ), E (T, B) = T B = D (T, B) = T B = (3) B B где T – растр изображения, полученного на предыдущем шаге; В – структурирующий элемент; – пиксель структурирующего элемента;

E(T, B) – результирующий растр после воздействия операцией эрозии;

D(T, B) – результирующий растр после воздействия операцией расширения. Действие операции эрозии заключается в уменьшении площади объекта, расширения – наоборот, в ее увеличении. Величина и способ изменения площади объекта зависят от выбора структурирующего элемента .

Результат применения данных двух функций со значениями структурирующего элемента 33 для эрозии и расширения представлен на рис. 4 .

После применения функций математической морфологии собственные шумы тепловизионного приемника на изображении не наблюдаются (рис. 4), а величина полезного сигнала визуально практически не изменилась. Определение типа объекта на изображении осуществляется путем проведения анализа формы его контура .

–  –  –

Поиск градиентов. Для вычисления приближенного значения градиента яркости изображения используется оператор Собеля [5] .

Результатом применения оператора Собеля в каждой точке изображения является либо вектор градиента яркости в этой точке, либо его норма. Магнитуда градиента для пикселя с координатами (i, j) находится по формуле

–  –  –

Следующим шагом служит процедура подавления не-максимумов [2, 3]. Пикселями границ объявляются пиксели, в которых достигается локальный максимум градиента в направлении вектора градиента .

Значение направления должно быть кратно 45°. Принцип подавления проиллюстрирован на рис. 6 [2, 3] .

Двойная пороговая фильтрация. Выделяются «сильные» и «слабые» ребра. Пиксели, интенсивность которых превышает максимальный порог, считаются пикселями, принадлежащими «сильным»

ребрам. Принимается, что пиксели с интенсивностью, входящей в интервал от минимального до максимального порогового значения, принадлежат «слабым» ребрам. Пиксели, интенсивность которых меньше минимального порога, отбрасываются из дальнейшего рассмотрения .

Результирующие ребра содержат пиксели всех «сильных» ребер и те пиксели «слабых» ребер, чья окрестность содержит хотя бы один пиксель «сильных» ребер .

Трассировка области неоднозначности. Сводится к выделению групп пикселей, отнесенных к границе контура изображения. Результат применения алгоритма Canny показан на рис. 7, а .

Для поиска контуров и координат их точек воспользуемся алгоритмом поиска границ Suzuki-Abe [4], реализованным в OpenCV функцией ContourPoint.FindContours. Результатом применения данного алгоритма является множество контуров, каждый из которых представляется множеством точек .

Для уменьшения числа точек кривой, описывающей контур, применяется алгоритм Дугласа–Пекера [6], основанного на аппроксимации большей серией точек. Данный алгоритм реализован функцией ContourPoint.ApproxPoly .

а) б) Рис. 7. Результат применения алгоритма Canny Для нанесения на исходное изображение необходимых элементов, навигационных данных, а также любой дополнительной информации применяется функция ImageGray,Byte.Draw, входящая в информационный пакет компьютерной библиотеки OpenCV [5, 7]. Результат применения предложенного метода показан на рис.7, б .

Таким образом, на основе проведенных экспериментальных исследований можно сделать вывод о том, что предложенная схема обработки ИК-изображений позволяет обнаружить и автоматически сопровождать БЛА при заходе на посадку. При этом точность определения координат по азимуту и углу места составила 1 мин. При известной дальности до БЛА точность определения высоты не превысит 2 м, что в 3 раза лучше требований, предъявляемых к аэродромам первой категории, и в десятки раз лучше военных систем посадки .

Однако с помощью предложенного метода не получилось обнаружить БЛА на дальностях свыше 6 км и находящегося в зоне метеообразований. Увеличение дальности обнаружения и точности определения координат возможно, если использовать тепловизионный прибор с большим разрешением, при разрешении прибора 19201080 точность повысится в 3 раза .

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 18-08-00053А) .

Список литературы

1. Гонсалес, Р. Цифровая обработка изображений / Р. Гонсалес, Р. Вудс. – М.: Техносфера, 2005. – 1071 с .

2. Алпатов, Б. А. Системы автоматического обнаружения и сопровождения объектов / Б. А. Алпатов. – М.: Радиотехника, 2008. – 175 с .

3. Ахмед, Н. Ортогональные преобразования при обработке цифровых сигналов / Н. Ахмед, К. Р. Рао; пер. с англ. – М.: Связь, 1980. – 248 с .

4. Аббасов, М.Э. Методы оптимизации: учеб. пособие / М. Э. Аббасов. – СПб.: ВВМ, 2014. – 64 с .

5. Глинченко, А. С. Цифровая обработка сигналов : учеб. пособие:

в 2-х ч. Ч. 1 / А. С. Глинченко. – Красноярск: Изд-во КГТУ, 2001. – 199 с .

6. Корн, Г. Справочник по математике / Г. Корн, Т. Корн. – М.: Наука, 1973 .

THE WAY OF THE CONTROL OF NAVIGATING PARAMETERS

AT LANDING APPROACH UNMANNED AERIAL VEHICLE

A. V. Parfiriev, E. A. Stepanov, O. S. Vishlov Military Educational Research Centre of Air Force “Air Force Academy named after Professor N. E. Zhukovsky and Y. A. Gagarin”, Voronezh Abstract. Features of processing of infra-red images Are described at planting of pilotless flying machines by plane way. The scheme of processing of dynamic infra-red images and the control of navigating parametres is developed at landing approach of flying machines. The estimation of potential accuracy of the offered method of definition of navigating parametres is made .

Keywords: a pilotless flying machine, an infra-red range, segmentation of images, processing of images, dynamic registration, automatic support .

References

1. Gonsales, R. Cifrovaya obrabotka izobragenij / R. Gonsales, R. Vuds. – M.: Technosfera, 2005. – 1071 p .

2. Alpatov, B. A. Sistema avtomaticheskogo obnarugenija I soprovogdenija objectov / B. A. Alpatov. – M.: Radiotehnika, 2008. – 175 p .

3. Ahmed, N. Ortogonal’nie preobrazovanija pri obrabotke cifrovih signalov / N. Ahmed, K. R. Rao; per. S angl. – M.: Svjaz’, 1980. – 248 p .

4. Abbasov, M. E. Medodi optimizacii: ucheb. posobie / M. E. Abbasov. – SPb.: VVM, 2014. – 64 p .

5. Glinchenko, A. S. Cifrovaya obrabotka signalov: ucheb. posobie: v 2 ch .

Ch. 1 / A. S. Glinchenko. – Krasnojarsk: Izd-vo KGTU, 2001. – 199 p .

6. Korn, G. Spravochnik po matematike / G. Korn, T. Korn. – M.: Nauka, 1973 .

УДК 004.93

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ ИНФРАКРАСНЫХ

ГИПЕРСПЕКТРАЛЬНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ НАЗЕМНЫХ МЕТАНОВЫХ ПЛЮМОВ

–  –  –

Аннотация. Уделяется внимание опыту использования гиперспектрального анализа с применением роботизированных комплексов для обеспечения безопасности при эксплуатации производственных объектов нефтегазовой промышленности .

Ключевые слова: гиперспектральные камеры, техническое зрение, концентрация газов в воздухе, нефтегазовый спектр, ИК-спектроскопия .

На сегодняшний день существует несколько методов обнаружения скрытых утечек углеводородного топлива: фотоионизационный, ИК-спектроскопия, радиоактивный, метод подповерхностного зондирования, акустической эмиссии, лазерный газоаналитический, оптикоабсорбционный, электрохимический и др .

Оптико-абсорбционный метод обнаружения метана по тепловым инфракрасным гиперспектральным изображениям является одним из самых точных и перспективных. Сущность метода заключается в способности молекул метана избирательно поглощать инфракрасное излучение в ближнем и среднем диапазонах спектра (полосы поглощения соответствуют 3,2…3,4 мкм и 7,2…8,5 мкм) .

Гиперспектральные камеры обнаружения оптических газов позволяют в режиме реального времени, точно и безопасно идентифицировать метан/природный газ, углеводороды, SF6, а также другие промышленные газы и химические соединения. Скрытые для невооруженного глаза утечки газа в инфракрасных камерах обнаружения оптических газов рассматриваются как дым, что упрощает их визуализацию и позволяет применять системы технического зрения. Оптические камеры быстро охватывают широкую область спектра инфракрасного излучения и помогают обнаружить утечки в труднодоступных местах .

Метан легче воздуха, поэтому он поднимается к потолку в закрытом помещении, но на открытом пространстве поднимается в атмосферу намного медленнее, чем другие газы, составляющие воздух, что облегчает его обнаружение инфракрасными камерами. При этом необходимо, чтобы средства контроля позволяли обнаруживать довзрывные частицы метана в воздухе. МиРис. 1. Гиперспектральная нимальная концентрация газа в возкамера фирмы “GreenEye” [1] духе, из которого может возникнуть взрыв, если он соприкасается с источником воспламенения, называемый нижней границей воспламеняемости метана и составляет 4,4% .

Гиперспектральные камеры оснащены датчиками, способными воспринимать сотни длин волн внутри и снаружи видимого спектра, что позволяет генерировать более точные изображения .

Опыт, проведенный с источниками CH4, был произведен в испытательном центре Rocky Mountain Oil Testing Center (RMOTC), Каспер, WY (США). Эти источники были сконфигурированы для обеспечения разнообразных типов выбросов (поверхностных и подземных), а также различных скоростей, характерных для естественных просачиваний и антропогенных утечек CH4 из трубопроводов. Для регистрации метана использовался датчик SEBASS (пространственно-расширенный широРис. 2. Спектральные виды места наблюдения и графики в соответствии с газовой эмиссией. [Methane plume detection SEBASS] кополосный матричный спектрограф), который позволял формировать гиперспектральные тепловые инфракрасные данные на экспериментальном участке с 128 полосами, охватывающими диапазон 7,6…13,5 мкм .

Данные получали с пространственным разрешением 0,5 м и 0,84 м соответственно для высот 450 и 760 м над уровнем земли. Изображения были предварительно обработаны с адаптацией алгоритма InScene Atmospheric Compensation и преобразованы в излучательную способность через алгоритм нормализации. Результаты позволили выделить сигнатуры CH4 (полосы поглощения при 7,69 мкм и 7,88 мкм) и отобразить на изображениях с высоким разрешением газовые шлейфы .

Дисперсия отображенных плюмов согласовалась с направлением ветра, измеренным независимо во время эксперимента. Размеры отображенных газовых плюмов были пропорциональны скорости излучения каждого источника CH4 .

Анализ экспериментов, произведенных в Соединенных Штатах Америки, позволяет считать целесообразным использовать предложенную технологию с использованием беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), многоцелевых беспилотных транспортных средств, способных автономно поддерживать контролируемый и устойчивый уровень полета и приводиться в движение двигателем (электрическим, реактивным или внутреннего сгорания) .

При этом БПЛА должен быть оснащен высококачественными гиперспектральными камерами с чувствительностью на линиях погощения CH4 и передатчиками сигналов для анализа результатов на земле в реальном времени .

Резюмируя вышеизложенное, выделим преимущества систем данного типа:

1) отсутствие топливных трат для беспилотных летательных аппаратов, поскольку они используют солнечную энергию и батареи;

2) при подключении БЛА в реальном времени к базе управления и обработки изображений, стабильность сигнала выше, а ошибки устраняются с большой точностью и эффективностью;

3) бесконтактные датчики, действующие на расстоянии, предоставляют возможность продолжать мониторинг области даже при воспламенении метана .

При обработке изображений на базовой станции возможно обрабатывать изображения в режиме реального времени с использованием технологий NIVISION .

Список литературы

1. Rebecca Del’ Papa Moreira Scafutto * and Carlos Roberto de Souza Filho, Detection of Methane Plumes Using Airborne Midwave Infrared (3 – 5 µm) Hyperspectral Data. Remote Sens. – 2018, 10(8), 1237; doi:10.3390/rs10081237 .

2. Hulley, G. C.; Duren, R. M.; Hopkins, F. M.; Hook, S. J.; Johnson, W. R.; Eng, B. T.; Mihaly, J. M.; Jovanovic, V. M.; Chazanoff, S. L.; Staniszewski, Z. K. High spatial resolution imaging of methane and other trace gases with the airborne Hyperspectral Thermal Emission Spectrometer (HyTES). Atmos. Meas .

Tech. – 2016, 9, 2393 .

–  –  –

Abstract. The report focuses on the experience of using hyperspectral analysis with the use of robotic systems to ensure safety in the operation of production facilities of the oil and gas industry .

Keywords: hyperspectral cameras, technical vision, concentration of gases in the air, oil and gas spectrum, IR spectroscopy .

УДК 536.71

РАСЧЕТ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ АЗОТА, КИСЛОРОДА

И ИХ СМЕСЕЙ В ДВУХФАЗНОЙ ОБЛАСТИ ЖИДКОСТЬ–ПАР

В. И. Ряжских, А. А. Хвостов, А. А. Журавлев Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина», Воронеж Аннотация. Представлены интерполяционные многочлены для аппроксимации зависимости удельной теплоемкости азота и кислорода в двухфазной области жидкость–пар в зависимости от температуры насыщения .

Ключевые слова: разделение воздуха, ректификация, азот, кислород, фазовое равновесие, интерполяция, удельная теплоемкость .

Наиболее распространенным способом получения чистых азота и кислорода является способ низкотемпературной ректификации атмосферного воздуха, проводимый в ректификационных колоннах. При этом, ввиду незначительного содержания в воздухе инертных газов, разделяемый воздух рассматривается как бинарная смесь, состоящая из азота и кислорода [1, 2] .

На линии насыщения удельная теплоемкость азотно-кислородных смесей в жидком cж (кДж/кгК) и парообразном состоянии cп (кДж/кгК) пропорциональна теплоемкости чистых компонентов, составляющих смесь, и их концентрации в смеси [2] cж = x1cж1 + x2cж2 ; (1) cп = y1cп1 + y2cп2, (2) где x1, x2 – соответственно, массовая доля азота и кислорода в жидкой смеси; cж1 и cж2 – соответственно, удельная теплоемкость жидкого азота и кислорода, кДж/кгК; y1, y 2 – соответственно, массовая доля азота и кислорода в парообразной смеси; cп1 и cп2 – соответственно, удельная теплоемкость паров азота и кислорода, кДж/кгК .

Имеющиеся литературные данные о теплоемкости чистых азота и кислорода в двухфазной области жидкость–пар в зависимости от температуры (давления) насыщения зачастую противоречивы, представлены в различных единицах измерения и для весьма узких диапазонов варьирования давления и температуры, что усложняет их анализ, обобщение и использование для автоматизированных вычислений [3 – 6]. Предложенные рядом авторов аналитические зависимости сложны по своей форме и содержат большое количество эмпирических коэффициентов. Некоторые из предлагаемых уравнений предусматривают только численное решение по итерационным алгоритмам [5 – 8] .



Pages:   || 2 |



Похожие работы:

«ПАСПОРТ КОМИТЕТА по техническому регулированию и промышленной безопасности по состоянию на 29.06.2017 Должность в Комитете Фамилия, имя, отчество Должность в "Деловой России"/ должность по основному месту работы Пре...»

«ООО "НПФ "УЛЬТРАКОН"ТОЛЩИНОМЕР УЛЬТРАЗВУКОВОЙ УТ-51М РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ УТ-51М. 16465511.001.08 РЭ СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 1 НАЗНАЧЕНИЕ 2 ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ.4 3 КОМПЛЕКТ ПОСТАВКИ 4 УСТРОЙСТВО И РАБОТА ТОЛЩИНОМЕРА.8 5 МАРКИРОВКА 6 УПАКОВКА 7 ПОДГ...»

«УТВЕРЖДАЮ: УТВЕРЖДАЮ: УТВЕРЖДАЮ: Ректор ФГБОУ ВО Глава города Магнитогорска Председатель областной "МГТУ им. Г. И. Носова" организации Профсоюза _ М. В . Чукин С. Н. Бердников _ Ю. В. Конников "_"...»

«АКАДЕМИЯ ГПС МЧС РОССИИ МЕЖДУНАРОДНАЯ АКАДЕМИЯ ИНФОРМАТИЗАЦИИ МАТЕРИАЛЫ двадцать седьмой международной научно-технической конференции “СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ – 2018” 29 ноября 2018, Москва S S SC I STATE FIRE ACADEMY OF EMERCOM OF RUSSIA INTERNATIONAL INFORMATIZATION ACADEMY PROCEEDINGS of Twenty Seventh International Scientifi...»

«1 Анализ содержания работы и ее завершенности Диссертация построена традиционным образом и содержит: введение, три главы, заключение, список литературы, приложения. Диссертация изложена на 146 страницах, включая приложения, содержит 55 рисунков, 25 таблиц, список используемой литературы включает 146 источни...»

«Протокол №11/2017 заседания Совета Саморегулируемой организации Ассоциация строителей Урала Основание созыва Совета решение Президента Саморегулируемой организации Ассоциация строителей Урала (далее – СРО Ассоциация строителей Урала и/ или Ассоциац...»

«ПАСПОРТ РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМАТ ДУГОВОЙ СВАРКИ ПОД ФЛЮСОМ (SAW) MZ 630CV MZ 1000CV MZ 1250CV www.aurora-online.ru СОДЕРЖАНИЕ Предупреждения и меры безопасности 1 Описание оборудования 1.1 Введение 1.2 Технические параметры 2 Инструкция по установке оборудования 3 Эксплуатация 3.1 Пан...»

«Национальная академия наук Украины Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина ВЫСОКИЕ ДАВЛЕНИЯ – 2012 Фундаментальные и прикладные аспекты 23–27 сентября 2012 г . ТЕЗИСЫ Судак, Крым, Украина В367.1 Т30 Тезисы 12-й Международ...»

«1 ИСТОРИЯ ЗДАНИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ И АРХИТЕКТУРЫ ШКОЛ В СЕРБИИ УДК 727:373(497.11) ББК 38.712:74.24(4Сер) Л. Тица Московский архитектурный институт (государственная академия), Москва, Россия Аннотация В статье рассмотрена история становления сербского образован...»

«Зиборов Дмитрий Михайлович ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ПРОПИЛЕНГЛИКОЛЯ В КАЧЕСТВЕ УНИВЕРСАЛЬНОГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ТЕПЛОВОМ ОБОРУДОВАНИИ ПРЕДПРИЯТИЙ ПИТАНИЯ Специальность:...»

«БУТЕНКО ОЛЕСЯ ЮРЬЕВНА Влияние параметров посадочного материала на лесоводственную эффективность культур ели 06.03.01 – "Лесные культуры, селекция и семеноводство" АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кан...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ Р 50.1.115— Р Е К О М Е Н Д А Ц И И ПО СТАНДАРТИЗАЦИ И 2016 Информационная технология КРИПТОГРАФИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ Протокол выработки общего ключа с аутентификацией на основе пароля Издание офици...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" Инженерная школа природных ресурсов Направление подготовки 21.04.02 Землеустройство и кадастр...»

«APIX 22ZDome/E2 LED EXT 2M 2-МЕГАПИКСЕЛЬНАЯ ПОВОРОТНАЯ ВИДЕОКАМЕРА РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ Версия 2.0.0216 НАСТРОЙКИ ПО УМОЛЧАНИЮ IP-адрес: http://192.168.0.250 Имя пользователя: Admin Пароль: 1234 APIX 22ZDOME / E2 LED EXT РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ Перед началом рабо...»

«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР М АШ ИНЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ И СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ДАННЫ Х ЛЕНТЫ МАГНИТНЫЕ ШИРИНОЙ 12,7 мм С ЗАПИСЬЮ СТРУКТУРА И РАЗМЕТКА ФАЙЛОВ ГОСТ 25752-33 (СТ СЭВ 3745-82) Издание официально...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" Армавирский механико-технологический институт ПРОГРАММА XXI студенческой научной конференции АМ...»

«Іnternаtіоnаl Scіentіfіc Jоurnаl “Іnternаukа” http://www.іnter-nаukа.cоm/ Экономические науки УДК 336.76.33 Пушкин Артем Александрович магистр Донбасской государственной машиностроительной академии; ведущий аналитик Финансо...»

«УДК 61:007+004.932.72.1 А.Е. ФИЛАТОВА, канд. техн. наук ОПИСАНИЕ ЭТАЛОННЫХ ОБЪЕКТОВ ПРИ СТРУКТУРНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПОЛИКАРДИОГРАММЫ Дана робота спрямована на удосконалення методу структурної ідентифікації...»

«Федеральное государственное учреждение "Санкт-Петербургский научно-практический центр медико-социальной экспертизы, протезирования и реабилитации инвалидов им. Г. А. Альбрехта ФМБА России" Методические указания Полиф...»

«ТЕПЛОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ПАРОГЕНЕРАТОРА ПРИ ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ I КОНТУРА Благовещенский А.Я. Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет Исследовательские работы, направленные на повышение надёжности и безопасности реакторных...»

«Положение о порядке проведения аттестации работников, занимающих должности научных работников в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования "Казанский государ...»

«Пупатенко Виктор Викторович МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ И СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ РЯДОВ ГНСС-КООРДИНАТ В СЕЙСМОЛОГИИ Специальность: 05.13.18 – Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ Диссертация на соискание учёной степени кандидата тех...»







 
2019 www.librus.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - собрание публикаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.