Нелинейное времяимпульсное преобразование в радиоизотопных приборах: анализ и возможности применения

Рассмотрена работа радиоизотопных измерительных приборов в динамических условиях, когда пуассоновский поток импульсов на выходе детектора излучения становится нестационарным, а нелинейность градуировочной характеристики прибора, стохастичность радиационного сигнала и инерционность измерителя существенно усложняют задачу оценки измеряемого физического параметра. Целью работы являлась разработка алгоритмов нелинейного времяимпульсного преобразования пуассоновского процесса в структуре радиоизотопного прибора и анализ возможности его применения для линеаризации характеристики прибора, повышения быстродействия приборов и решения измерительной задачи в режиме реального времени.

Проанализирован процесс нелинейного преобразования радиационного сигнала в системе на основе предположения об экспоненциальном распределении интервалов между импульсами информационного потока на выходе детектора излучения. Разработан обобщённый алгоритм синтеза заданной функции преобразования времяимпульсного вычислительного устройства радиоизотопного прибора по её математическому описанию. Для описания функции преобразования, заданной множеством точек, предлагается использовать её аппроксимацию степенным рядом.

Предложенные расчётные формулы проверены моделированием в программе Scilab на конкретном примере линеаризации характеристики радиоизотопного высотомера с заданной таблично градуировочной характеристикой. Полученные результаты подтверждают целесообразность использования времяимпульсных вычислительных устройств для линеаризации характеристики преобразования радиоизотопных приборов в режиме реального времени.

Проведение вычислений по предложенным алгоритмам средствами современной микроэлектроники открывает новые возможности для расширения области применения радиоизотопных приборов в динамических задачах промышленной дефектоскопии, измерения параметров движения объектов, толщины проката и покрытий, в устройствах непрерывного контроля жидких сред.

1. Basova E.V., Chasovskikh V.P. Ispol'zovanie radioizotopnykh tolshchinomerov dlya opredeleniya tolshchiny pristenochnykh otlozhenii na vnutrennikh stenkakh tsiklona [Use of radio isotope devices for defining the thickness of adjournment on internal walls of the cyclone]. Fundamental'nye issledovaniya [Fundamental research], 2011, no. 12–4, pp. 760–765.

2. Kuzelev N.R., Egolin Ya.G. Datchiki FGUP «VNIITFA» dlya system kontrolya i upravleniya tekhnologicheskimi protsessami [Fsue "VNIITFA" sensors for monitoringandcontrol systems of technological processes]. Voprosy atomnoi nauki itekhniki. Seriya: Tekhnicheskaya fizika i avtomatizatsiya [Questions of atomic science and technology. Series: Technical Physicsand Automation], Moscow, Nauchno-issledovatel'skii institutetekhnicheskoi fiziki i avtomatizatsii Publ., 2005, pp. 6–11 (in Russian).

3. Bochenin V.I. Radioisotope method for monitoring the level of wear for protective coatings made from chromium and aluminum on gas turbine blades. Measurement Techniques, 2006, vol. 49, no. 10, pp. 1007– 1010. DOI: 10.1007/s11018-006-0227-0

4. Beigzadeh A., Vaziri R., Afaride H. Measurement of temperature dependence of water density using the tool designed gamma densitometer. Iranian Journal of Physics Research, 2019, vol. 19, no. 3, pp. 529–535.

5. Yermakovich O.L., Lisovskiy G.A., Kuchinskiy P.V., Titovitskiy I.A. Povysheniye tochnosti izmereniy radioizotopnogo plotnomera [Increasing the accuracy of radio isotope measurements density]. Pribory i metody izmerenii [Devices and Methods of Measurements], 2015, vol. 1, no. 10, pp. 70–75 (in Russian).

6. Vodovozov A.M. Linearization of the static characteristics of a radioisotope density meter. Measurement Techniques, 2018, vol. 61, pp. 950–954. DOI: 10.1007/s11018-018-1531-1

7. Vodovozov A.M. Digital processing of measurement information in radioisotope devices. Measurement Techniques, 2018, vol. 61, pp. 177–181. DOI: 10.1007/s11018-018-1406-5

8. Sobolev V.I. On the correspondence between dynamic and static errors in data measurement systems. Measurement Techniques, 2014, vol. 57, pp. 247–254. DOI: 10.1007/S11018-014-0440-1

9. Troshchenkov A.I. Teorema Kotel'nikova–Shennona i prakticheskoye ispol'zovaniye tselykh funktsiy dlya predstavleniya signala na priyemnoy storone [Kotelnikov– Shannon theorem and practical use of entire functions for signal representation on the receiving side]. Raketnokosmicheskoye priborostroyeniye i informatsionnyye sistemy [Rocket and Space Instrument Engineering and Information Systems], 2018, vol. 5, iss. 1, pp. 81–85. DOI: 10.30894/issn2409-0239.2018.5.1.81.85

10. Vodovozov А.М. Nonlinear real-time problems in stochastic system with Poisson component. Journal of Instrument Engineering, 2020, vol. 63, no. 6, pp. 501–506 (in Russian).

11. Kingman D. Poisson Processes. Moscow, MTsNMO, 2007.

12. Shynk J.J. Mathematical Foundations for Linear Circuits and Systems in Engineering. Santa Barbara, University of California, 2016.

13. Malykhina G.F., Kislitsyna I.A. Izmerenie parametrov dvizheniya s ispol'zovaniem neironnykh setei [Measurement of motion parameters using neural networks]. Nauchno-tekhnicheskie vedomosti SanktPeterburgskogo gosudarstvennogo politekhnicheskogo universiteta. Informatika. Telekommunikatsii. Upravlenie [Scientific and technical bulletins of the St. Petersburg State Polytechnic University. Informatics. Telecommunications. Control], 2015, no. 5 (229), pp. 59–68. DOI: 10.5862/JCSTCS.229.6

14. Alekseev E.R., Chesnokova O.V., Rudchenko E.A. Scilab: Reshenie inzhenernykh i matematicheskikh zadach [Scilab: Solution of engineering and mathematical problems], Moscow, ALTLinux; BINOM. Laboratoriya znanii, 2008.