Preview

Приборы и методы измерений

Расширенный поиск

Научно-технический журнал «Приборы и методы измерений» 

Целями издания журнала являются:

– оперативное информирование научной общественности о достижениях в области отечественного и мирового приборостроения;

– освещение результатов научных исследований, разработок и инновационной деятельности отраслевой, вузовской и академической науки;

– расширение, углубление и повышения качества подготовки кадров высшей квалификации в области приборостроения.

На страницах журнала публикуются оригинальные статьи прикладного и фундаментального характера, а также обзорные статьи о современном состоянии, важнейших достижениях и тенденциях развития приборостроения и методов измерений в Республике Беларусь и за рубежом.

Основные тематические направления журнала:

  • техническая физика;
  • приборы и методы измерения (по видам измерений);
  • приборы навигации;
  • акустические приборы и системы;
  • оптические и оптико-электронные приборы и комплексы;
  • радиоизмерительные приборы;
  • приборы и методы для измерения ионизирующих излучений и рентгеновские приборы;
  • приборы и методы контроля природной среды, материалов и изделий;
  • технология приборостроения;
  • метрология и метрологическое обеспечение;
  • информационно-измерительные и управляющие системы (по отраслям);
  • приборы, системы и изделия медицинского назначения;
  • приборы и методы преобразования оптических изображений и звука;
  • методы контроля и диагностика в машиностроении;
  • стандартизация и управление качеством продукции.

Текущий выпуск

Том 11, № 2 (2020)
Скачать выпуск PDF

Средства измерений

91-104 32
Аннотация

Актуальной задачей вихретокового контроля является разработка технических средств с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками. Уверенное обнаружение дефектов и определение их геометрических параметров средствами вихретокового контроля осуществляется при обеспечении оптимального распределения электромагнитного поля возбуждения в зоне контроля. Цель работы заключалась в проведении анализа научно-технической информации в области вихретокового контроля для изучения сведений об использовании электромагнитных полей возбуждения с априори заданными свойствами, а также обобщения, систематизации накопленного опыта и подходов к проведению теоретических исследований в данном направлении.

Проведён обзор публикаций в области неразрушающего электромагнитного контроля, посвящённых совершенствованию систем возбуждения преобразователей вихретоковых дефектоскопов. Рассмотрены подходы, в которых однородное распределение электромагнитного поля на поверхности объекта контроля достигается линейным и нелинейным оптимальным синтезом систем возбуждения при условии неподвижности преобразователя относительно объекта контроля. Проведён анализ конструкций вихретоковых преобразователей с однородным полем возбуждения, созданным круговыми, прямоугольными тангенциальными и нормальными катушками, а также за счёт создания вращательного поля возбуждения. Изучались конструкции катушек возбуждения преобразователей с полями сложной конфигурации, характеризующиеся оригинальной фрактальной геометрией, которые позволяют увеличить вероятность выявления дефектов, не поддающихся обнаружению классическими преобразователями.

Также проанализированы исследования, в которых предлагается формирование полей оптимальной конфигурации в заданной зоне с применением магнитопроводов, концентраторов поля из проводящих материалов и экранов специальной формы. Изучались подходы к реализации оптимального синтеза систем возбуждения преобразователей с равномерной чувствительностью в зоне контроля с использованием суррогатной оптимизации для случаев движущихся объектов контроля с учётом эффекта скорости. Обобщён и систематизирован опыт, а также результаты теоретических исследований, посвящён-

ных проблеме проектирования вихретоковых преобразователей с равномерной чувствительностью в зоне контроля, обусловленной однородным распределением плотности индуцированных токов, протекающих в объекте. Предложена классификация преобразователей по ряду признаков, характеризующих их системы возбуждения.

115-113 33
Аннотация

Разработка оружия нелетального действия, в частности устройств временного ослепления, сопряжена с проблемой выбора эффективных границ действия. Целью данной работы являлось установление критериев оценки действия устройств постановки зрительных помех невооружённому глазу.

Для определения эффективности действия представленных на рынке лазерных устройств временного ослепления обычно используется система оценки, основанная на предельно допустимом уровне излучения и/или предельной интенсивности излучения для выбранного класса опасности в соответствии с действующим стандартом.

В данной работе проведён анализ и моделирование ситуаций применения устройств временного ослепления на основе лазеров. Предложена система оценки, основанная как на международном стандарте IEC 60825-1-2014, так и на руководстве по лазерным излучателям в аспекте безопасности полётов. Моделирование воздействия яркого излучения на глаз наблюдателя базировалось на основном уравнении слепящей блесткости (CIE General Disability Glare Equation) и обеспечивало количественную оценку эффективности постановки помех. В качестве основных параметров в модели использовались величины яркости засветки и угол различения объектов под ней, которые определялись параметрами человеческого глаза и внешней среды.

По уровню экспозиции и проявляемому эффекту было выделено шесть зон – запрещённая, опасная, временного ослепления, дискомфортная, оповещения, полностью безопасная. В совокупности с моделированием данная система позволяет описать физиологические ощущения человека, дать наглядное изображение воспринимаемого источника света и установить факт постановки помех на различных расстояниях. Эта система была положена в основу разработки устройства временного ослепления для выявления безопасных и эффективных пространственных границ действия.

 

114-121 25
Аннотация

Как правило, система очистки сточных вод не рассчитана на фильтрацию веществ, образованных в результате запроектной аварии. Характер запроектной аварии связан с кратковременным появлением сгустка этих веществ в сточных водах, определяемый объёмом ёмкости хранения веществ. Поэтому рациональным подходом является отведение этой порции образовавшихся веществ в отдельную ветвь сточной системы или отстойники. Целью работы являлась реализация указанного подхода путем создания системы лазерного мониторинга загрязнений водной среды.

В статье предлагается система автоматического обнаружения сгустка аварийного сброса загрязняющих веществ в сточные воды промышленного предприятия. Приведена структурная схема системы и назначение основных её элементов. Система должна обеспечить обнаружение сгустков в реальном масштабе времени. Для обеспечения этой функции предварительно проводится исследование спектральных характеристик всех веществ, возможных к появлению в сточных водах в случае аварийной ситуации.

На основании этих данных выбираются длины волн лазерного излучения в системе. Полученные данные измерений от нескольких зондов представляются в виде решётчатой функции, которая переводится в относительное описание, представляющее матрицу отношения порядка на множестве составляющих решётчатой функции. Относительное описание инвариантно к линейным изменениям решётчатой функции. Решение об обнаружении какого-либо вещества из аварийных сбросов принимается на основании сравнения относительного описания измерений с эталонами, подготовленными на стадии настройки системы.

Приведён пример формирования эталонов для аварийных сгустков из глицерина и аллилового спирта. Приведены графики решётчатых функций, полученных из ИК-спектров аварийных сбросов этих веществ; алгоритмы построения решётчатой функции и сравнения решётчатых функций.

Таким образом, с помощью разработанного математического описания формы цифровых сигналов на основе относительного описания может быть описан сигнал кривой мониторинга в виде кривой изменения оптической плотности водной среды.

122-131 35
Аннотация

При использовании цифрового микрозеркального устройства (Digital Micromirror Device DMD) в качестве тест-объекта, периодическая структура микрозеркал которого является измерительной шкалой, в частности, в задачах геометрической калибровки оптико-электронных аппаратов (ОЭА), важно, чтобы пространственная структура микрозеркал оставалась постоянной. Изменение пространственной структуры может произойти из-за нагрева. Помимо нагрева DMD, фотоприёмник ОЭА также подвержен нагреву, и соответственно изменению его пространственной структуры. Цель работы заключалась в оценке величины изменения пространственной структуры DMD и фотоприёмника ОЭА. Проведён анализ пространственного дрейфа микрозеркал DMD и пространственного дрейфа микрозеркал DMD совместно с пространственным дрейфом пикселей фотоприёмника цифровой камеры за 4 ч работы. Анализ дрейфа заключался в оценке положения массива точек сформированного DMD и спроецированного на цифровую камеру. Для исключения влияния цифровой камеры при анализе дрейфа обусловленного микрозеркалами DMD цифровая камера включалась только в течении съёмки. За это время цифровая камера не успевала существенно нагреться. После чего она остывала до температуры помещения.

Средняя величина дрейфа всех микрозеркал влияет на точность при необходимости геометрической калибровки ОЭА при помощи DMD длительное время. После включения наблюдается максимальный дрейф всех микрозеркал. Чтобы средняя величина дрейфа всех микрозеркал была не более 1 мкм необходимо минимальное время прогрева DMD – 60 мин. При использовании DMD совместно с цифровой камерой требуемое минимальное время прогрева DMD – 120 мин.

Равномерность расширения DMD будет определять точность геометрической калибровки ОЭА с помощью DMD, поскольку при неравномерном расширении будет нарушаться периодичность микрозеркал, т. е. не будет известно взаимное расположение микрозеркал друг относительно друга. Среднее изменение расстояний между соседними точками – не более 0,1 мкм за каждые 20 мин работы.

Таким образом, DMD можно использовать в качестве тест-объекта в задачах геометрической калибровки ОЭА. При необходимости более точных геометрических калибровок ОЭА полученные результаты можно использовать в качестве коэффициентов компенсации изменения пространственной структуры DMD из-за температурных эффектов в процессе работы.

Методы измерений, контроля, диагностики

132-139 33
Аннотация

 Ионизаторы с горячей полостью различного типа находят широкое применение в атомной и массспектроскопии, в частности, в устройствах для разделения изотопов в режиме онлайн, представляют большой интерес для учёных и инженеров вследствие высокой эффективности ионизации, надёжности и чистоты луча. В работе предложен новый тип горячей ионизационной полости, а именно полости в форме плоского диска, особенно эффективной для ионизации короткоживущих нуклидов. Представлена численная модель ионного источника. Модель отслеживания частиц учитывает ионизацию на горячих поверхностях и позволяет моделировать как полость плоского диска, так и стандартные ионизаторы с удлинённой полостью. Модель позволяет выполнять расчёт общей эффективности ионизации и применима к стабильным и долгоживущим нуклидам.

Рассмотрено влияние геометрии полости плоского диска (толщина и радиус) и его температуры на общую эффективность ионизации – показано, что эффективность увеличивается с радиусом полости из-за растущего числа столкновений частиц со стенками. Данный эффект может оказаться важен для трудноионизируемых нуклидов.

Оптимальная геометрия ионизатора характеризуется эффективностью 90 % даже для трудноионизируемых веществ с коэффициентом ионизации порядка 0,05. Объясняется роль, которую играет размер экстракционного отверстия – показано, что эффективность ионизации увеличивается из-за уменьшения радиуса отверстия. Также доказано, что выходное напряжение 1–2 кВ достаточно для поддержания оптимальной эффективности.

140-147 21
Аннотация

В работе представлена новая установка для исследования скорости просачивания трансформаторного масла через электротехнический картон. Установка состоит из прозрачной трубы, к нижнему концу которой приклеена пластинка электротехнического картона. Затем в трубу вливается трансформаторное масло. Под пластинкой находится зеркало, направляющее её изображение в объектив фотоаппарата, который регистрирует серию изображений пластинки с заданным временным интервалом. Электротехнический картон, смоченный трансформаторным маслом, изменяет свой цвет со светло-жёлтого на тёмно-жёлтый. Время просачивания трансформаторного масла через электротехнический картон определяется по появлению на изображении поверхности картона тёмно-жёлтого пятнышка, свидетельствующего о просачивании трансформаторного масла через пластинку.

Разработан способ расчёта среднего диаметра капилляров, через которые трансформаторное масло просачивается через электротехнический картон в случае, когда их число является неизвестным, в связи с чем объём вытекающей через один капилляр жидкости невозможно измерить. Установлено, что в разных местах пластинки картона с толщиной 1 мм времена просачивания различаются. На основании проведённых измерений определено распределение времён просачивания, которые изменяются от 224 мин до 556 мин. Рассчитаны радиусы капилляров, через которые трансформаторное масло просачивается через электротехнический картон. Их величины изменяются от 47 нм до 75 нм. Структура картона представляет собой волокна целлюлозы, упакованные достаточно плотно. В связи с этим между волокнами существуют капилляры, каждый из которых состоит из участков с изменяющимися по длине радиусами. Таким образом, в картоне имеются короткие участки капилляров с радиусами как меньшими 47 нм, так и большими 75 нм.

Разработанные установка и способ расчёта размеров капилляров могут быть использованы для исследования протекания различных жидкостей через пористые материалы.

148-154 16
Аннотация

Развитие технической базы, программного обеспечения, а также накопленная информация по диагностике дыхательной системы обеспечили предпосылки для создания дистанционной диагностики дыхательной системы человека посредством аускультации. В известных методиках не решена проблема определения точек аускультации в домашних условиях без присутствия специалиста по диагностике. Целью настоящего исследования является разработка методики дистанционной диагностики дыхательной системы, обеспечивающая возможность определения точек аускультации без присутствия специалиста по диагностике.

Для этого предусмотрено определение точек аускультации с использованием компьютерной программы, позволяющей вычислить их координаты на основе координат точек, определяющих анатомическое строение торса пациента. Пациент или его помощник устанавливают записывающее устройство в точки аускультации, совмещая на дисплее их изображения с изображением точки нахождения записывающего устройства. Записываемый в точке аускультации сигнал дистанционно передаётся специалисту для непосредственного анализа и/или компьютерной обработки. Диагностический модуль состоит из двух основных узлов. Первый содержит стетоскоп, микрофон и усилитель, соединённые с мобильным телефоном или другим аналогичным устройством, содержащим акселерометр. Узел используется пациентом или его помощником в домашних условиях. Второй узел представляет мобильный телефон с механическим маркером либо компьютер с возможностью выхода в сеть в совокупности с необходимым программным обеспечением и используется дистанционно специалистом по диагностике. Изготовлен макет узла записи и передачи звуков дыхания. Чтобы избежать расхождения результатов диагностики, технические характеристики элементов модуля необходимо нормировать. Для функционирования модуля требуется унифицированное программное обеспечение. Сформулированы организационные задачи, которые необходимо решить для внедрения диагностики.

Использование разработанной методики дистанционной диагностики дыхательной системы, обеспечивающей возможность определения точек аускультации без присутствия специалиста по диагностике и соответствующего модуля позволит увеличить эффективность лечения пульмонологических заболеваний, уменьшить риски инфицирования и экономические затраты.

 

155-162 20
Аннотация

Основным требованием спектрального метода определения динамических характеристик средств измерений (СИ) является установление амплитудного спектра сигнала в его информативной части, включающей значение амплитудного спектра на нулевой частоте. Существующие низкочастотные анализаторы спектра имеют рабочий диапазон частот, лежащий выше нулевой частоты, что приводит к погрешности определения динамических характеристик СИ спектральным методом. Целью данной работы являлась разработка программы вычисления амплитудного спектра сигналов, начиная от нулевой частоты, для реализации спектрального метода определения динамических характеристик СИ на компьютерах, оснащённых математическим пакетом MatLab.

Для реализации спектрального метода определения динамических характеристик средств измерений разработана программа в среде MatLab 2013b, позволяющая определять амплитудный спектр сигнала от нуля герц. В программе заложено считывание исходных данных из таблиц в формате Excel и представление вычисленного амплитудного спектра в виде диаграммы и таблицы отчётов.

Показано, что разработанная программа вычисляет амплитудный спектр сигналов со средним квадратическим отклонением не более 3,4 % на интервале частот от 0 до 10 рад/с. Вычисленный амплитудный спектр позволяет определять постоянную времени апериодических средств измерений первого порядка с погрешностью не более 0,166 % при любом уровне помех, если их частоты находятся за пределами информационной части спектра.

На примере высокочастотной помехи в переходной характеристике некоторых средств измерений продемонстрировано заявляемое преимущество спектрального метода определения динамических характеристик с использованием разработанной программы.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.