Вісник Київського політехнічного інституту. Серія Приладобудування

АВТОМАТИЗОВАНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ КОМПЛЕКС ВИСОКОТОЧНОГО КОНТРОЛЮ ВИТРАТ ХІМІЧНО АКТИВНИХ РІДИН

2022-12-24T00:00:39+02:00

Стаття присвячена автоматизації контролю витрат хімічно активних речовин у режимі реального часу з високою точністю та швидкодією, яка є важливою задачею сучасних виробництв, що характеризуються гнучкістю та безперервністю виробництва, а також небезпечністю для здоров’я людей та навколишнього середовища. Важливість цієї задачі обумовлюється постійно зростаючими вимогами світового ринку та міжнародними стандартами щодо якості продукції, ефективності та безпечності функціонування виробництв. Системи контролю та визначення витрат (СКВВ), що широко використовуються, часто є малоефективними або непридатними для вирішення низки найважливіших завдань виробництв, що використовують хімічно активні рідини. У зв'язку з цим актуальною є проблема розробки власних конкурентоспроможних систем контролю та визначення витрат хімічно активних рідин з високою точністю, швидкодією, простотою експлуатації та можливістю роботи в автоматизованому режимі.

На основі критичного аналізу сучасних досліджень в галузі СКВВ хімічно активних речовин обґрунтовано необхідність розробки власного автоматизованого технологічного комплексу високоточного контролю витрат (АТКВКВ) хімічно активних рідин, зокрема спиртів, та представлено його структурну схему. Пропонований АТКВКВ являє собою багаторівневу систему, у якій інтегровані різні за складом, принципами роботи та функціональними можливостями технічні та програмні засоби автоматизації, функціональна сукупність яких дозволить забезпечити високу точність та швидкодію вимірювання в автоматизованому режимі та режимі реального часу. У цілому пропонований АТКВКВ хімічно активних рідин на кожному рівні реалізований у вигляді відповідних взаємопов’язаних підсистем. В якості базового елементу нижнього рівня використовується розроблений прецизійний вихровий витратомір з тілом обтікання спеціальної форми, що є стійким до виникнення паразитних шумів при вихроутворенні. Відповідно до вимог міжнародного стандарту ISO / DIS 3651-2 контактні елементи вихрового витратоміру захищені від агресивного впливу спиртів.

ВИКОРИСТАННЯ ДОДАНОЇ РЕАЛЬНОСТІ ПРИ СКЛАДАННІ ЦИКЛОЇДАЛЬНОГО РЕДУКТОРА

2022-12-23T22:51:24+02:00

Сучасні виробництва все більше рухаються до повної автоматизації усіх процесів виробництва і складання продукції, проте деякі фізичні процеси на сьогоднішній момент неможливо повністю автоматизувати, виробництвам доводиться виконувати подібні задачі вручну, використовуючи робітничий ресурс. Подібні процеси виникають, як у масовому виробництві, так і при одиничному або експериментальному виробництві. У стартап проекті LineBar було запропоновано використати циклоїдальний редуктор для збільшення крутного моменту крокового двигуна, проте через складність конструкції доцільним було розробити застосунок для зменшення часу на підготовку до виконання складальної операції. Для реалізації такої задачі використано технології доданої реальності.

Стаття висвітлює процес розробки застосунку. Описана підготовка 3D моделі циклоїдального редуктора до роботи у застосунку Unity, що має весь необхідний функціонал для створення необхідного застосунку керування. Показано процес розробки базового функціоналу, що являє собою відображення 3D моделі на підготовленому маркері, анімацію складання та розбирання циклоїдального редуктора. Для розширення функціоналу додано можливість поетапно перемикати анімацію складання редуктора. Керування анімаціями відбувається за допомогою створених кнопок «Анімація», «Вперед» і «Назад». Описано процес розробки функціоналу анотації 3D моделей, а саме створення 3D об’єктів анотації, розробка функціоналу відображення інформації за умови розміщення складальної одиниці по центру екрану, та реалізацію функціоналу розвороту анотації при повороті камери користувача. Результатом роботи є створений застосунок, що може бути використаний для зменшення часу на операцію складання циклоїдального редуктора. Проведене дослідження підтверджує зменшення витраченого часу на складальну операцію на 30 % за використання додатку порівняно з традиційним методом.

У подальшому запропоновано автоматизувати підготовку 3D моделей, їх анімацію та анотування в середовищі Unity, для зменшення часу на розширення функціоналу застосунку, що вплине на можливість масштабування застосунку на більші виробничі масштаби.

ЗАСТОСУВАННЯ МОДЕЛІ ЛОТКИ-ВОЛЬТЕРРИ ДЛЯ ОПТИМІЗАЦІЇ АВТОМАТИЗОВАНОЇ СИСТЕМИ ОБРОБКИ ДЕТАЛЕЙ

2022-12-23T23:35:27+02:00

У статті показано особливості організації технологічних процесів обробки деталей при застосуванні автоматизації роботи підприємства, а водночас визначено основні проблеми, пов’язані з виробничими особливостями, технологічними процесами, проблемами збереження та раціонального використання ресурсів. Показано, що ці проблеми вирішуються оптимізацією виробничих процесів, зокрема технологічного процесу виготовлення точних деталей приладів.

Оптимізація виробництва завжди була досить актуальним питанням для багатьох підприємств у різних галузях виробництва. Це не дивно, адже і держава, і приватний бізнес завжди шукають нові технології та можливі шляхи скорочення видатків, збільшення прибутків, вирішення проблеми загального підвищення ефективності виробництва. Однак, після початку повномасштабного вторгнення Росії на територію суверенної держави України й масового руйнування виробничої та критичної інфраструктури, цивільних будівель та житла, питання ефективного використання наявних та вцілілих ресурсів стало надзвичайно гостро. За офіційними даними, станом на квітень 2022 року, збитки промислових активів становлять $6,7 млрд. Отже, саме тому виникає необхідність оптимізації виробництва за умови його автоматизації.

На підставі дослідження актуального стану оптимізації автоматизованих систем механічної обробки деталей та основних наукових досліджень за цією темою розглянуто підходи до обґрунтування формалізованої оптимізаційної моделі, спрямованої на підвищення ефективності приладобудівного виробництва. Запропоновано оптимізаційне рішення, що ґрунтується на використанні математичної моделі Лотки-Вольтерри, яка дозволить оптимізувати роботу систем виготовлення точних деталей за умови автоматизації виробництва. Результати проведеного дослідження довели доцільність таких біонічних підходів до автоматизації технологічних структур виробничого підприємства, оскільки запропоновану модель здебільшого використовують у дослідженнях біологічних процесів. Отже, обґрунтовані аналогії дозволили визначити повний спектр задач виробництва, включаючи логістичні проблеми та проблеми персоналу на основі саме конкурентних моделей.

ДОСЛІДЖЕННЯ ІМПУЛЬСНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ АРСЕНІДУ ІНДІЯ

2022-12-23T15:18:44+02:00

Перспективним матеріалом при створенні високоефективних електронних та оптоелектронних приладів є арсенід індію. Високий рівень дослідженості властивостей InAs дозволить прогнозувати потенційні можливості його застосування, а також багатокомпонентних напівпровідників на його основі. Актуальною є задача дослідження властивостей InAs у режимі сильного електричного поля. У науково-технічних джерелах слабо представлені дані щодо імпульсних властивостей арсеніду індію в режимі сильного електричного поля. Метою роботи є дослідження поле-швидкістної залежності у імпульсному режимі сильного електричного поля та аналіз реакції на зміну його амплітуди, тривалості, фронту.

Методом релаксаційних рівнянь проведено аналіз поле-швидкісної характеристики в режимі сильного електричного поля. У статичному режимі сильного поля максимальне значення дрейфової швидкості становило 3·10⁵м/с (при амплітуді поля 2 кВ/см), на ділянці насичення – 0.9·10⁵ м/с.

Аналіз поле-швидкісної залежності при імпульсному режимі сильного електричного поля показав: зі збільшенням амплітуди поля максимальне значення дрейфової швидкості зростає, тривалість «сплеску» скорочується. Полям 5 – 30 кВ/см відповідає зростання максимального значення швидкості у 2.7 – 8 разів. Просторовий розподіл дрейфової швидкості дав оцінку середньої дрейфової швидкості і відстані, що проходять носії заряду при різних значеннях поля.

Збільшення тривалості фронту імпульсу поля викликало запізнення перехідних процесів. При 12 кВ/см < Е додатково відбувається зменшення максимальної швидкості.

Тривалість імпульсу сильного електричного поля істотно впливає тільки при значеннях, менших часу формування максимуму дрейфової швидкості. Такі значення тривалості імпульсу призводять до зниження швидкості дрейфу та релаксаційних процесів.

Порівняння поле-швидкісних залежностей в імпульсному режимі сильного поля показало: максимальне значення дрейфової швидкості електронів InAs перевищує відповідні значення: GaAs, InP – у кілька разів; GaN – на порядок. Тривалість «сплеску» дрейфової швидкості для InAs дещо вища, ніж у GaAs, InP, GaN. Проведено оцінку верхніх граничних частот матеріалу, таких, що можуть досягати сотень гігагерц.

ПІДВИЩЕННЯ ТОЧНОСТІ ВИЗНАЧЕННЯ РОБОЧИХ ПАРАМЕТРІВ СТРІЧКОВОГО ЕЛЕКТРОННОГО ПОТОКУ ПРИ ЕЛЕКТРОННО-ПРОМЕНЕВОМУ МІКРООБРОБЛЕННІ ДІЕЛЕКТРИКІВ

2022-12-23T15:53:12+02:00

В статті показана можливість підвищення точності визначення робочих параметрів стрічкового електронного потоку при електронно-променевому мікрообробленні діелектричних матеріалів у вакуумі (на прикладі полікристалічного кремнію марки Кр0 та оптичного скла марки К8) в результаті аналізу та вибору найбільш прийнятних енергетичних режимів роботи дротяної електронно-променевої гармати Пірса.

Метою роботи є дослідження впливу вольт-амперних характеристик дротяної електронно-променевої гармати Пірса на якість та повторюваність процесу оброблення діелектричних матеріалів електронним потоком стрічкової форми, що дозволяє обрати найбільш раціональні режими визначення робочих параметрів електронного потоку з більш високою точністю. У роботі запропоновано технологічний експеримент з електронно-променевого мікрооброблення діелектричних поверхонь, а також визначені та досліджені робочі параметри процесу такого оброблення залежно від можливих енергетичних характеристик основного робочого вузла електронно-променевого обладнання, а саме – електронно-променевої гармати Пірса. Отримані внаслідок експериментального дослідження робочі параметри стрічкового електронного потоку дозволили забезпечити найбільш якісне оброблення поверхонь діелектричних матеріалів за рахунок покращення таких показників точності визначення цих параметрів, як прецизійність (так, стандартне відхилення повторюваності S_r зменшилося з 8,33 % до 4,95 %, а стандартне відхилення відтворюваності S_R зменшилося з 13,28 % до 6,18 %), що підтверджує репрезентативність робочих параметрів, так і правильність (зміщення методики визначення робочих параметрів в електронному потоці є статистично незначущим за умов довірчого інтервалу на осі d=0 при рівні значущості a=0,05). Аналіз отриманих результатів щодо електронно-променевого мікрооброблення поверхонь діелектричних матеріалів за обраними робочими параметрами доводить покращення якості та підвищення відтворюваності результатів оброблення цих поверхонь за чистотою, а також зменшення залишкового нанорельєфу на 18-25 %. Проведене порівняння результатів експериментального електронно-променевого мікрооброблення діелектриків з результатами їх лазерного поверхневого оброблення дозволило встановити зменшення залишкових мікронерівностей поверхні, як при електронно-променевому мікрообробленні (для оптичного скла марки К8 у 17-27 разів; для кремнію Кр0 – у 14-22 рази), так і при поверхневому лазерному обробленні (для обох видів матеріалу – у 12-14 разів). При цьому, поверхневе лазерне оброблення не дозволяє усунути хвилястість поверхні, яка пов‘язана зі специфікою взаємодії лазерного променю з поверхнею оптичного матеріалу, тоді як при обробленні електронним потоком стрічкової форми виникнення такої хвилястості не спостерігається. Висновки та проаналізовані дані, отримані в статті за результатами експериментальних досліджень, можуть бути використані для оптимізації технологічних режимів електронно-променевого мікрооброблення при отриманні виробів мікрооптики, інтегральної оптики, мікроелектрооптики, наноелектроніки тощо.

ГНУЧКІ СЕНСОРИ ВОЛОГОСТІ НА ОСНОВІ НАНОЦЕЛЮЛОЗИ ДЛЯ НОСИМОЇ ЕЛЕКТРОНІКИ

2022-12-23T16:27:00+02:00

Проблематика. Контроль вологості необхідний у багатьох сферах сучасного людського життя, серед яких сільське господарство, харчова та автомобільна промисловість, виробництво електроніки, медицина та повсякденне життя. Новим трендом медичної сенсорики є використання гнучких носимих сенсорів, які можуть кріпитися на тіло або одяг людини, що прилягає до нього. Такі сенсори здатні повторювати форму тіла та деформуватися за потреби, не руйнуючись та не викликаючи дискомфорту пацієнта при їх використанні. Перспективним матеріалом для сенсорів вологості є наноцелюлоза (НЦ), яка вирізняється високою гідрофільністю, низькою вагою, достатньою механічною міцністю і гнучкістю та короткою тривалістю процесу біорозкладу.

Мета роботи. Розробка і дослідження гнучких сенсорів вологості на основі наноцелюлози як вологочутливого шару залежно від природи вихідної сировини та методу виготовлення НЦ, а також конфігурації електродів приладу.

Результати досліджень. Виготовлено 3 групи сенсорів вологості: ємнісні сенсори на електродах типу розгорнутий конденсатор; резистивні сенсорі, виготовлені на основі зустрічно-штирьової гратки та резистивні сенсори, виготовлені на основі плоско-паралельних електродів. В кожній конфігурації використано 4 різні гідрогелі наноцелюлози, які виготовлені з очеретяної на пшеничної органосольвентної целюлози методами кислотного гідролізу або окиснення реактивом 2,2,6,6-тетраметилпіперидин-1оксил (ТЕМПО). Досліджені статичні та динамічні характеристики сенсорів вологості, а також зроблені висновки щодо оптимального виду конфігурації електродів, вихідної сировини та методу синтезу наноцелюлози. Найкращу чутливість та найменший гістерезис демонструє сенсор, виготовлений на основі зустрічно-штирьової гратки та наноцелюлози, одержаної методом окиснення ТЕМПО - 0,164 (%RH)^-1та 1,5 %, відповідно. Однак найкращу швидкодію (час відгуку 6 с, час відновлення 10 с), короткочасову стабільність (відхилення під час вимірювання постійної вологості протягом 1 год – 1,4 %) та повторюваність результатів (відхилення під час циклювання між різними рівнями вологості – 1,6 %) демонструють сенсори вологості на основі НЦ, виготовленої методом кислотного гідролізу, причому для обох типів сенсорів (резистивного та ємнісного).

Висновки. Встановлено, що статичні параметри (відгук, чутливість та реверсивність) сенсорів вологості залежать переважно від типу конфігурації електродів та вихідного матеріалу для одержання наноцелюлози, а динамічні параметри (повторюваність під час циклювання, короткотривала стабільність, час відгуку та час відновлення) – від методу одержання НЦ. Показано, що резистивні сенсори демонструють значно кращі показники чутливості та гістерезису порівняно із ємнісними приладами. Одержані гнучкі сенсори вологості можуть бути використані в носимій медичній електроніці.

ВИЗНАЧЕННЯ ДІАГНОСТИЧНИХ ОЗНАК РОЗСІЯНОГО СКЛЕРОЗУ ЗА ДОПОМОГОЮ МОДЕЛІ КРОКУ ТОНТОР

2022-12-24T00:30:32+02:00

В роботі проведений аналіз існуючих методів діагностування розсіяного склерозу, що наразі застосовує сучасна медицина. Здебільшого всі ці роботи мають характер розроблення більш теоретичних принципів діагностики на основі досить опосередкованих ознак та не надають отримання повної картини на ранній стадії розвитку цього захворювання. Втім саме ця рання стадія цього захворювання може ще піддаватись лікувальному впливу та запобіганню розвитку важких наслідків. Тому мету цієї роботи визначено як створення моделей ранньої діагностики розсіяного склерозу на основі визначення рухових дій пацієнта, що відповідає за його загальний стан.

Проведені теоретичні дослідження дають базові тези щодо створення узагальненої концепції діагностики ознак розсіяного склерозу, яка має визначити параметри спотворення ідеалізованої моделі системи організму реальним характером захворювання та плинним станом об'єкта.

У роботі представлено аналітичну модель для визначення початку захворювання за ступінчастою моделлю ТОНТОР.

Запропонований метод надає лікарю інформацію, що виключає суб'єктивний фактор, а результати такої інформаційної технології значно підвищують точність визначення ранньої стадії захворювання.

Мета роботи полягає в моделюванні методами аналізу діагностичних ознак появи розсіяного склерозу на ранній стадії розвитку та виявленні моменту настання цієї патології.

Застосовуючи ці методі моделювання, ми маємо можливість використовувати афінні та конформні перетворення, які були розглянуті раніше. У цьому випадку хорду слід сприймати як спрямований вектор з точністю розташування, а коло є наслідком афінного перетворення. Таким чином, ми маємо можливість встановити координати точок траєкторії та кола в однозначну відповідність. Крім того, оскільки реальний рух за траєкторією характеризується коливальними процесами, афінне перетворення моделі можна уявити у вигляді експоненціальної кривої.

Запропоновані фізико-математичні моделі обробки інформації допоможуть визначити основні моменти створення принципів функціонування засобів технічної інтегрованої діагностики.

В основу запропонованого методу ранньої діагностики розсіяного склерозу як навіть незначних впливів на руховий апарат людини покладено векторну модель визначення стану біологічних об’єктів, яка дозволить визначати інформаційні сигнали за допомогою вбудованих сенсорів ТОНТОР та ступінчастої моделі кроку ТОНТОР.

Як наслідок, дослідження природи цієї функціональної залежності забезпечить отримання аналітичних залежностей у цифровій формі, дозволить створити комп’ютерно-інтегроване апаратне рішення, яке усуне суб’єктивність у діагностиці за принципом «погано – добре».

Водночас, застосування запропонованого методу в медичній практиці дозволить здійснювати профілактичні дії при загальних профілактичних обстеженнях та запобігати важким наслідкам цього захворювання.

ВИМІРЮВАННЯ ТЕПЛОВОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ ФІЗІОТЕРАПЕВТИЧНОГО РЕЖИМУ МОКСИ

2022-12-24T10:50:35+02:00

Теплове випромінювання різних джерел широко використовується в процедурах лікувальної терапії. Для створення теплового випромінення використовують джерела штучного та природнього походження. Останні викликають найбільший інтерес, оскільки формують широкий спектр випромінювання, найбільш співставний з власним випроміненням людини. Широкого поширення набуло використання полинних сигар (мокс). З їх допомогою проводять сеанси одного з найбільш популярних методів Китайської народної медицини моксатерапії (припікання, термопунктура, терапія-"цзю"). Авторами проведені дослідження теплового випромінювання полинної сигари в діапазоні довжин хвиль 800…1000 нм. Для експериментальних досліджень використані сигари «Qiaitiao» №6 зі стандартного лікувального набору. Метою проведених досліджень є визначення потужності теплового випромінювання мокси та оцінка динаміки її змін в процесі проведення лікувального сеансу. Для вимірювань використано високоточний ватметр поглинаючої потужності ОМ3-65 з оптоелектронним перетворювачем. Дослідження показали, що максимальна потужність теплового випромінювання формується одразу після початку тління полинної сигари. Її величина знаходиться в межах (1,5…2,0) 10^-4 Вт. При тлінні сигари протягом 2,5 хвилин інтенсивність теплового випромінювання зменшується більше ніж на порядок. Обумовлено це тим, що в процесі тління мокси між зонами горіння та опромінення формується шар попелу, який частково поглинає потік теплового випромінення. Крім того, при тлінні фіксовано закріпленої мокси зона опромінення поступово віддаляється від опромінюваної поверхні. Усунення шару попелу і розміщення мокси на попередній відстані призводить до відновлення початкового рівня потужності. Отримані апроксимуючі вирази, які на основі експериментальних даних описують зміну потужності теплового випромінювання полинної сигари. Виявлені при дослідженні теплового випромінювання полинної сигари особливості будуть корисними для фахівців, що займаються практичною термотерапією та сприятимуть підвищенню її ефективності.

ОСОБЛИВОСТІ МЕТОДУ ЩОДО ЗМЕНШЕННЯ УСКЛАДНЕНЬ ТА ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ТРАНСУРЕТРАЛЬНОЇ ЛАЗЕРНОЇ РЕЗЕКЦІЇ ПРОСТАТИ

2022-12-24T11:54:18+02:00

Доброякісна гіперплазія передміхурової залози (ДГПЗ) характеризується виникненням розладів накопичення сечі та спорожнення сечового міхура. Більшість чоловіків у віці старше 60 років страждають певною мірою.

Трансуретральна лазерна резекція передміхурової залози (ТУРП) – малоінвазивна, ендоскопічна та одна із сучасних технологій біомедичної інженерії, яка завдає мінімальної шкоди пацієнтам і визнана «золотим» стандартом в урології. Широко використовується для лікування ДГПЗ, ускладненої гострою затримкою сечі. Ведення пацієнтів з ДГПЗ є комплексним. Порушення спорожнення та затримки можна лікувати різними фармакологічними та хірургічними методами. У статті наведено дані про досвід поєднання технології трансуретральної лазерної резекції з медикаментозною післяопераційною терапією для зменшення ускладнень. На прикладі післяопераційного застосування «Левофлоксацину» у 179 пацієнтів доведено ефективність цієї комбінації.

Малоінвазивна трансуретральна лазерна резекція передміхурової залози є одним із перспективних методів лікування простати, який значно знижує ризики для пацієнтів і визнаний «золотим» стандартом в урології. Лазерна ендоскопічна резекція передміхурової залози є однією із сучасних технологій біомедичної інженерії. Результат хірургічного лікування хворих на доброякісну гіперплазію передміхурової залози методом лазерної резекції значною мірою залежить від призначення адекватної післяопераційної антибіотикопрофілактики.

Поєднання методу лазерної резекції з післяопераційним застосуванням левофлоксацину у хворих на доброякісну гіперплазію передміхурової залози, ускладнену гострою затримкою сечі, дозволяє покращити результати хірургічного лікування за рахунок зменшення розвитку ускладнень у післяопераційному періоді в 1,6 раза.

МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ПНЕВМАТИЧНОГО КАНАЛУ ВИМІРЮВАЛЬНОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА ТИСКУ ГАЗУ

2022-12-23T19:54:54+02:00

Стаття присвячена дослідженню впливу експлуатаційних чинників, зокрема витікання газу через нещільності (пошкодження) пневматичних каналів вимірювальних перетворювачів тиску та перепаду тиску газу, на результат вимірювання цих параметрів, а отже і на вимірюване значення витрати та об’єму газу за методом змінного перепаду тиску. Під час експлуатації вузлів обліку газу з’єднувальні трубки, вентильні блоки, камери усереднення звужувального пристрою повинні бути герметичними. Проте внаслідок дії експлуатаційних факторів, можлива їх розгерметизація та поява витоків газу. Такі витоки спотворюють вимірюване значення перепаду тиску або тиску, що може призводити до спотворення результату вимірювання витрати газу вузлом обліку.

Авторами розроблено математичну модель пневматичного каналу вимірювального перетворювача тиску газу з наявним пошкодженням. Для цього розроблено математичну модель з’єднувальної трубки, яка сполучає камеру усереднення тиску з камерою вимірювального перетворювача тиску, для стаціонарного режиму руху газу. Також розроблено математичну модель процесу витікання газу через нещільності виду "наскрізний отвір". На основі об’єднання математичної моделі з’єднувальної трубки та моделі процесу витікання газу через наскрізний отвір отримано математичну модель пневматичного каналу з отвором витікання газу.

Виконано моделювання та дослідження впливу тиску газу, геометричних характеристик пошкодження та з’єднувальної лінії на результат вимірювання тиску чи перепаду тиску. Зокрема, обчислено значення від’ємної систематичної похибки вимірювання тиску газу, що виникає внаслідок витікання газу через нещільність з'єднувальної трубки, для набору фіксованих значень геометричних характеристик пневматичного каналу. Показано, що зростання тиску у вимірювальному трубопроводі призводить до зростання за модулем абсолютної похибки вимірювання цього тиску, що зумовлена витіканням газу через нещільності з'єднувальної трубки. Витрата витікання газу через отвір у з'єднувальній трубці, а, відповідно, і похибка вимірювання тиску залежать від діаметра наскрізного отвору та місця виникнення нещільності. Зростання діаметра отвору призводить до зростання за модулем абсолютної похибки вимірювання тиску. Із збільшенням довжини з'єднувальної трубки від точки з'єднання з вимірювальним трубопроводом до точки витікання газу похибка вимірювання тиску зростає за модулем.

РОЗРОБКА ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ АВТОМАТИЗОВАНОГО ПРОЄКТУВАННЯ ВИТРАТОМІРІВ

2022-12-23T20:28:31+02:00

У роботі представлено розробку програмного забезпечення для автоматизованого проєктування витратомірів змінного перепаду тиску, яке включає витратоміри зі стандартними первинними пристроями, а саме діафрагмою, соплами та трубою Вентурі. Для виконання поставленої задачі проведено огляд різноманітних програмних рішень, який виявив, що вони повною мірою не розв’язують поставлену задачу, оскільки не розраховує більшість конструктивних параметрів вузла обліку.

Авторами здійснено аналіз методу вимірювання витрати за змінним перепадом тиску та на його основі запроваджено математичну модель витратомірів, реалізовану з урахуванням існуючих стандартів. Оцінені вихідні геометричні параметри витратоміра та наведено алгоритм визначення параметрів для діафрагми з камерами відбору тисків.

В результаті виконаного аналізу розроблено програмне забезпечення, що дозволяє зручно вводити вхідні параметри, такі як витрата, перепад тиску, діаметр трубопроводу, вид звужувального пристрою та метод відбору тисків, і на виході отримувати відповідне схематичне зображення первинного перетворювача витрати з усіма конструктивними параметрами та формулу розрахунку витрати, виходячи з різниці тисків. Для кращого розуміння роботи програмного забезпечення здійснено огляд його особливостей та продемонстровано приклад розрахунку сопла. Впровадження авторської розробки надає змогу підвищення точності обліку споживаних ресурсів, а також зменшує часові та грошові витрати на проєктування засобу вимірювання.

В перспективі планується створення програмного комплексу, який включатиме етапи синтезу калориметричних, ультразвукових витратомірів та ротаметрів, а також дозволить обирати найбільш оптимальний метод вимірювання витрати на основі заданих характеристик вимірюваного середовища, діаметра трубопроводу та діапазону вимірюваних витрат.

В подальшому можливе здійснення метрологічного контролю і нагляду за такими вимірювальними комплексами та розробка і атестація методик виконання вимірювання витрат рідин і газів.

МАЛОГАБАРИТНИЙ ЦИФРОВИЙ ВІБРОМЕТР

2022-12-23T22:16:43+02:00

При наукових дослідженнях роботи ультразвукового обладнання в сучасних технологічних процесах необхідне вимірювання амплітуди механічної вібрації робочого інструмента, що на високих частотах має суттєву технічну складність. Визначення величини амплітуди ультразвукової вібрації дає можливість точно дозувати кількість енергії, необхідної для отримання якісної обробки, а також для сталої повторюваності результатів роботи обладнання. Відомі зарубіжні віброметри виробляються цілеспрямовано для конкретних умов використання і характеризуються складністю, громіздкістю та високою вартістю, що являє перешкоду для широкого вжитку. Тому метою даної роботи була розробка бюджетного малогабаритного віброметра з використанням ємнісного методу виміру амплітуди з частотною модуляцією, для якого властива висока чутливість та стійкість до зовнішніх завад. Даний віброметр складається з двох частин: датчика вібрації з електронним перетворювачем високочастотного сигналу в постійну напругу, пропорційну амплітуді вібрації, а також блока живлення та цифрової обробки сигналу і індикації амплітуди в мкм. Датчик віброметра укріплений на шарнірному штативі для зручності установки його в будь-якій площині на відстані ≈1 мм від досліджуваної поверхні. Живиться віброметр від мережі 220 В. У віброметрі забезпечені мікропроцесорна обробка та індикація результатів виміру амплітуди вібрації, а також контроль та індикація величини проміжку між датчиком вібрації і досліджуваною поверхнею, стабілізація показань амплітуди при варіаціях цього проміжку в межах 0.8...1,2 мм. Діапазон вимірювання амплітуди вібрації 0...99 мкм, з роздільною здатністю 1 мкм. Діапазон частоти вібрації 5...50 кГц. Аналоговий сигнал з виходу вібродатчика можна використати в УЗ генераторі, що живить п'єзоелектричний перетворювач, як сигнал зворотного зв'язку, для стабілізації амплітуди механічних коливань випромінювача на потрібному рівні.

ЕНЕРГЕТИЧНИЙ РОЗРАХУНОК АВТОМАТИЧНИХ ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ СИСТЕМ СПОСТЕРЕЖЕННЯ МАЛОРОЗМІРНИХ БЕЗПІЛОТНИХ ЛІТАЛЬНИХ АПАРАТІВ

2022-12-23T14:55:59+02:00

Велика популярність невеликих безпілотних літальних апаратів (БПЛА) в задачах дистанційних спостережень вимагає подальшого вдосконалення не тільки носія, але й бортової апаратури. Стандартними засобами спостереження для БПЛА є телевізійні камери, а в більш дорогих технічних рішеннях – тепловізійні камери. Ефективність функціонування цих пристроїв насамперед залежить від просторової та енергетичної роздільної здатності вхідних блоків, що містять оптичну систему та приймач випромінювання. Особливість формування корисного сигналу оптико-електронними системами спостереження (ОЕСС) на невеликих відстанях, що є характерним для малорозмірних БПЛА, полягає в необхідності першочергового забезпечення достатньої енергетичної чутливості.

У статті розроблено метод визначення енергетичного розділення автоматичних ОЕСС невеликої дальності дії в складі двох інформаційних каналів – телевізійного та тепловізійного. Обґрунтовано, що для спрощених розрахунків доцільно як показники якості використовувати функції еквівалентної шуму різниці яскравості та еквівалентної шуму різниці температур відповідного каналу. Наведено приклади розрахунків енергетичного розділення телевізійного та тепловізійного каналів ОЕСС з матричними приймачами випромінювання. Досліджено вплив задньої фокусної відстані та діаметру вхідної зіниці об’єктивів на енергетичне розділення для дуальності спостереження від 0,5 км до 2 км. Показано, що в ОЕСС із змінним збільшенням перевагу мають об’єктиви з більшим діаметром вхідної зіниці – вони забезпечують більш рівномірну енергетичну чутливість при зміні фокусної відстані. Розроблені розрахункові методи можна застосовувати для багатоспектральних ОЕСС, що працюють у видимому та інфрачервоному діапазонах спектру.

ВИОКРЕМЛЕННЯ СКЛАДНОГО ТРЕНДУ СИГНАЛІВ У СИСТЕМАХ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ПІДТРИМКИ РУХУ ОБ’ЄКТІВ

2022-12-23T12:49:33+02:00

Статтю присвячено дослідженням проблем інтелектуалізації систем керування рухомими об’єктами для
забезпеченні їх надійної експлуатації в складних умовах у різних фізичних середовищах. Системи інтелектуальної підтримки руху розробляються на основі інтеграції вимірювальних, обчислювальних, комунікаційних та
керуючих технологій та призначені для забезпечення збору, накопичення та обробки інформації, визначення
навігаційних параметрів, формування керуючих впливів, візуалізації позиціонування та траєкторій руху
об’єктів, моніторингу функціонального стану об’єктів та стану середовища функціонування тощо. При відновленні втраченої траєкторії рухомого об’єкта в умовах його складного руху, при апроксимації складних алгоритмів в системах адаптивного керування за різких змін траєкторії чи умов руху виникає необхідність виокремлення складного тренду з шумоподібних сигналів. Існуючі алгоритми фільтрації не забезпечують прийнятної ефективності, особливо в умовах обмеженої апріорної інформації про характер змінювання корисної складової сигналу.
У статті запропоновано та обґрунтовано використання вейвлетної фільтрації для пригнічення завад і виокремлення початкового сигналу складної форми. Проведено дослідження ефективності виокремлення складного за формою корисного сигналу на фоні гаусівського шуму та гармонічних завад. Для обробки змодельованих сигналів використано хвильові функції різних порядків з сімейств Добеші, симлетів та койфлетів. Ефективність вейвлетної фільтрації оцінювалась за значенням середньоквадратичного відхилення виділеного тренду та моделі корисного сигналу. Порівняльний аналіз отриманих результатів показав доцільність використання хвильової функції сімейства симлетів, що забезпечило мінімальне значення середньоквадратичного відхилення виділеного тренду від моделі корисного сигналу.

РЕЗУЛЬТАТИ НАПІВНАТУРНИХ ВИПРОБУВАНЬ АВТОНОМНОГО ВИЗНАЧЕННЯ ДОВГОТИ ТА ШИРОТИ РУХОМОГО ОБ’ЄКТУ

2022-12-23T14:03:37+02:00

Навігаційні параметри такі, як курс, лінійна швидкість, широта та довгота рухомих об'єктів сьогодні визначають, зазвичай використовуючи супутникові навігаційні системи. Однак виникає потреба автономного визначення навігаційних параметрів, коли сигнали супутникової навігаційної системи недоступні з тих чи інших причин. Наприклад, сигнали супутникової навігаційної системи можуть пригнічуватися засобами радіоелектронної протидії.
Автономними системами визначення навігаційних параметрів рухомих об'єктів є інерціальні навігаційні
системи, в основу роботи яких покладено подвійне інтегрування сигналів акселерометрів – вимірювачів уявного
прискорення об'єкта, а також інтегрування сигналів гіроскопів для формування тієї чи іншої системи координат, якщо йдеться про безплатформові інерціальні навігаційні системи (БІНС). Інтегрування вихідних сигналів акселерометрів і гіроскопів, що містять похибки, призводить до накопичення похибок БІНС. Для підвищення точності БІНС інтегрують, наприклад, із супутниковими навігаційними системами. Однак такі системи перестають бути повністю автономними.
У статті використовується метод автономного визначення широти та довготи рухомого об'єкта, який
являє собою новий метод в інерціальній навігації. В основу роботи методу покладена безкарданна інерціальна
технологія, яка на відміну від стандартних методів, що застосовуються в БІНС, не використовує інтегрування вихідних сигналів акселерометрів та гіроскопів. Для визначення кутів широти та довготи застосовуються сигнали гіроскопів, що входять до інерціально-вимірювального модуля (ІВМ).
В результаті напівнатурного експерименту перевірено працездатність методу автономного визначення широти та довготи. Для експериментальної перевірки використовувалися дані польоту малогабаритного літального апарату. Дані містили інформацію про кути курсу, тангажу, крену літака, вихідні сигнали трьох мікромеханічних гіроскопів - датчиків кутової швидкості, трьох мікромеханічних акселерометрів, інформацію про широту, довготу і висоту, виміряну приймачем супутникової навігаційної системи, а також інформацію про горизонтальну та вертикальну складові швидкості та поточний час. Наведено графіки розрахункових значень широти, довготи та значень, виміряних з використанням приймача супутникової навігаційної системи. З наведених графіків і таблиць видно, що з певного часу, розрахункові значення збігаються з «еталонними», що підтверджує працездатність методу автономного визначення широти та довготи.