Вісник Київського політехнічного інституту. Серія Приладобудування

АВТОМАТИЗОВАНИЙ СИНТЕЗ СВІТЛОСИЛЬНИХ ОБ’ЄКТИВІВ ДЛЯ СУЧАСНИХ ПРИЛАДІВ НІЧНОГО БАЧЕННЯ

Вячеслав Сокуренко, Олег Сокуренко — нд, 30 чер 2024 00:00:00 +0300

Статтю присвячено дослідженню можливостей автоматизованого розроблення світлосильних та високоякісних багатолінзових об’єктивів, призначених для застосування в приладах нічного бачення з сучасними електронно-оптичними перетворювачами покоління 4 і 4+, які мають діаметр фотокатоду до 18 мм. Такі перетворювачі характеризуються розширеною спектральною чутливістю, високим відношенням сигнал/шум та підвищеною роздільною здатністю. Для розрахунку конструктивних параметрів світлосильних об’єктивів була використана комп’ютерна програма PODIL, призначена для автоматизованого проєктування довільних оптичних систем. Для параметричного синтезу оптичних систем об’єктивів в даній роботі застосувався реалізований в програмі модифікований еволюційний алгоритм. В статті представлено загальну методику та результати автоматизованого параметричного синтезу серії оптичних систем лінзових об’єктивів з різними фокусними відстанями, які містять від 7 до 9 лінз зі сферичними поверхнями. Синтезовані об’єктиви забезпечують значення кутового поля зору 10°, 37° і 60° без віньєтування осьових та позаосьових пучків променів. Діафрагмові числа дорівнюють 1,5, 1,33 і 1,4, відповідно. Робочий спектральний діапазон розрахованих об’єктивів визначається спектральною чутливістю фотокатодів електронно-оптичних перетворювачів та в даній роботі охоплює довжини хвиль від 0,45 до 0,9 мкм. Повздовжній розмір розрахованих оптичних систем (тобто відстань від першої оптичної поверхні до площини фотокатоду) становить від 80 до 106 мм. Представлені результати абераційного аналізу свідчать про високу якість зображення отриманих оптичних систем. Так, максимальні просторові частоти розрахованих поліхроматичних дифракційних модуляційних передавальних функцій всіх об’єктивів в меридіональній та сагітальній площинах по всьому полю перевищують 50 мм^-1. Максимальні значення відносної дисторсії отриманих об’єктивів знаходяться в межах від 1 % до 2 %.

ТЕНДЕНЦІЇ РОЗВИТКУ МІКРОХВИЛЬОВИХ ФОТОННИХ РАДАРІВ

Вадим Аврутов, Сергій Рупіч, В’ячеслав Цисарж — нд, 30 чер 2024 00:00:00 +0300

На сьогодні провідні країни світу інтенсивно працюють над розробкою радіолокаційних станцій нового покоління - радіофотонних радарів, які дозволяють значно зменшити масогабаритні характеристики радіолокаційних станцій, збільшити інформативність та дальність виявлення цілей внаслідок зменшення втрат в довгих комунікаційних лініях при використанні оптичного волокна, забезпечити високу перешкодозахищеність завдяки значно меншій чутливості оптико-електронної апаратури та волоконно-оптичних ліній зв'язку до зовнішніх електромагнітних впливів. Мікрохвильова фотоніка забезпечує широку смугу пропускання, плоску характеристику, передачу з низькими втратами, багатовимірне мультиплексування, надшвидку обробку аналогового сигналу та стійкість до електромагнітних перешкод. Реалізація радара в оптичній області може забезпечити кращу роздільну здатність, покриття та швидкодію, що було б важко реалізувати за допомогою традиційної електроніки. В оглядовій статті розглянуто стан розвитку та системні архітектури таких фотонних радарів, як оптоелектронні гібридні радари, повністю оптичні радари, багатофункціональні мікрохвильові фотонні радарні системи, розподілені мікрохвильові фотонні радари, програмно-визначені радари та когнітивні радари. Обговорюються нові технології в цій галузі та можливі майбутні напрямки досліджень. В якості прикладу, розглянуто широкосмуговий мікрохвильовий фотонний радар, відтворений на основі мікросхеми. Генератор широкосмугового сигналу та приймач вбудовані в кремнієвий кристал на ізоляторі. Отримано високоточне вимірювання дальності з роздільною здатністю 2,7 см і похибкою менше 2,75 мм та реалізовано візуалізацію кількох цілей зі складними профілями. Але продуктивність більшості інтегрованих мікрохвильових фотонних мікросхем ще не є задовільною для практичних радарних застосувань. Монолітна інтеграція ключових мікрохвильових фотонних підсистем є також недостатньо зрілою для практичного застосування, тому гібридна інтеграція пристроїв, виготовлених на їхніх оптимальних інтеграційних платформах, становить практичний інтерес. На сучасному етапі фосфід індію, нітрид кремнію та кремній на ізоляторі є трьома провідними платформами для фотонної інтеграції.

ФАНТОМНІ ТОНТОР ЛАНЦЮГИ РУХУ БІОНІЧНИХ ОБ’ЄКТІВ АВТОМАТИЗОВАНИХ СИСТЕМ. Частина 1

Володимир Скицюк; Тетяна Клочко — нд, 30 чер 2024 00:00:00 +0300

Представлені результати роботи дають змогу зрозуміти, як можна формувати фантомні діаграми життєвого циклу абстрактних об’єктів на основі умов їх існування. Таким чином, істотною особливістю дії цих об’єктів є можливість їх застосування в автоматизованих системах, що є важливим аспектом розвитку технічних біонічних засобів і систем.

Проблема використання фантома для моделювання дій, переміщень об’єктів у просторі, особливості отриманих результатів досить широко використовується в різних галузях наукових досліджень і розглядається

Проте залишаються завдання, пов'язані з розумінням того, як відбуваються основні дії роботизованих робочих органів автоматизованих систем. Таким чином, стає можливим створення формалізованих моделей процесів виконання дій експериментальних об’єктів у медицині, промисловості, астрономії на основі фантомних складових ланцюгових і ступінчастих геометричних елементів.

Таким чином, подібні біонічні об’єкти можна представити в медичних автоматизованих системах, що відноситься до проектування біонічних протезів, екзоскелетних систем, а також систем наукового дослідження біомеханічних властивостей об’єктів. Паралельно аналізуємо особливості рухових рухів, для чого створюємо та аналізуємо фантомні моделі кроків TONTOR та їх поєднання у фантомні ланцюжки.

Перспективами подальших досліджень, які будуть представлені в наступній частині роботи, є створення аналітичних моделей фантомних особливостей існування різноманітних біонічних технічних засобів з огляду на їх зв’язок між об’ємом абстрактного об’єкта та фантомом. Подібні аналітичні підходи дають змогу визначити фантомно-матричну модель життєвого циклу біонічного абстрактного об’єкта в автоматизованих системах.

АНАЛІЗ МЕТОДІВ ОЦІНКИ ОСНОВНИХ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕХАНІЧНИХ ТУРНІКЕТІВ

Дмитро Молодцов; Костянтин Шевченко — нд, 30 чер 2024 00:00:00 +0300

Стаття присвячена аналізу методів оцінки основних функціональних характеристик механічних турнікетів для підвищення їхньої безпеки при застосуванні. Згідно з законодавством України та Європейського союзу турнікет є медичним виробом, що незалежно від конструкції забезпечує полегшення стану пацієнта у разі травми шляхом припинення кровотечі в кінцівці створенням механічного тиску. Турнікети класифікуються на пневматичні та механічні залежно від способу створення зовнішнього тиску. Розглянуто типову конструкцію механічних турнікетів та визначено основні конструктивні елементи: механізм створення тиску, тиснучий елемент, засіб фіксації, місце реєстрації часу накладання.

Аналіз наукових робіт свідчить про значну кількість досліджень, зосереджених на характеристиках пневматичних турнікетів, тоді як методи перевірки ефективності та безпеки механічних турнікетів досліджені недостатньо. Зазначено, що безпека медичних виробів визначається як відсутність неприйнятного рівня ризику для оператора та пацієнта, де ризик означає ефект невизначеності в досягненні цілей в процесі розробки, виробництва, в конструкції, в застосуванні медичного виробу. Наведено перелік основних функціональних характеристик механічних турнікетів: тиск перекриття, втрата тиску після накладання протягом часу застосування, градієнт тиску. Встановлено, що на сьогоднішній день для отримання вимірювальної інформації щодо основних функціональних характеристик механічних турнікетів відомо про чотири методи: метод, заснований на перетворенні значення тиску, що утворюється турнікетом при накладанні, в електричний сигнал за допомогою тензорезистивних датчиків; метод, заснований на вимірюванні тиску повітря у тестовій манжетці; непрямий метод визначення тиску із використанням рівняння Ламе; метод прямого вимірювання тиску в кінцівці під турнікетом із використанням інвазивного датчика тиску. На основі визначених основних функціональних характеристик механічних турнікетів наведено вимоги до методів їх визначення: вимірювання тиску перекриття, визначення втрати тиску після накладання турнікету протягом часу застосування, визначення градієнта тиску, відтворюваність, повторюваність, оцінка метрологічної невизначеності, та оцінка основних функціональних характеристик механічних турнікетів на основі математичних моделей. Розглянуто шляхи вдосконалення існуючих методів оцінки основних функціональних характеристик.

МОДЕЛЮВАННЯ ВПЛИВУ ЛАЗЕРНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ НА ЗМІНУ ТЕМПЕРАТУР У БІОЛОГІЧНИХ ТКАНИНАХ

Гліб Пащенко , Микола Терещенко — нд, 30 чер 2024 00:00:00 +0300

Моделювання впливу лазерного випромінювання на біологічні тканини грає ключову роль, з огляду на дослідження та розвиток лазерних технологій в біології та медицині, надає можливість визначити, як лазерне випромінювання (ЛВ) взаємодіє з різними типами тканин та органів, а також визначити оптимальні параметри ЛВ для досягнення потрібного результату. Моделі можуть враховувати різні фізичні процеси, що відбуваються під час опромінення: поглинання енергії, розповсюдження тепла, зміни в структурі та функціях тканин, та прогнозувати реакцію біологічних тканин на різні режими лазерного впливу, зокрема інтенсивність, довжину хвилі, час опромінення. У медицині моделювання використовують для визначення оптимальних параметрів лазерного впливу для конкретних захворювань або процедур. Наприклад, моделювання надає можливість визначити оптимальну дозу опромінення під час проведення лазерної терапії або хірургічних втручань, дозволяє оцінити можливі ризики, пов'язані зі впливом ЛВ, наприклад, перегрівання тканин або прояви побічних ефектів. Це поліпшує розробку безпечних та ефективних методів застосування ЛВ. Крім того, оптимізація параметрів лазерного випромінювання актуальна для мінімізації ризику ураження навколишніх тканин. Моделювання впливу ЛВ може бути використане для розробки нових лазерних технологій та пристроїв, що спрямовані на покращення результатів застосування ЛВ у медицині. Отже, моделювання впливу лазерного випромінювання на зміну температури в біологічних тканинах відіграє важливу роль у покращенні розуміння процесів у біологічній тканині та сприятиме розвитку нових методів та технологій, а також оптимізації застосування ЛВ для досягнення ефективних результатів лікування та безпеки пацієнтів.

ДІАГНОСТИЧНІ УСТІЛКИ ЯК ЗАСІБ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦІЇ РЕАБІЛІТАЦІЇ НИЖНІХ КІНЦІВОК

Ольга Некрасова , Сергій Нечай — нд, 30 чер 2024 00:00:00 +0300

Актуальною проблемою сьогодення є потреба у розвитку реабілітаційних засобів, які можуть вико-ристовуватись пацієнтом у режимі самообслуговування. Сучасні методи реабілітації нижньої кінцівки часто обмежені доступністю фахівців та вимагають постійного нагляду медичного персоналу. Проблема некоректної постави ноги може призводити до численних ускладнень здоров’я, таких як плоскостопість, що може бути пов’язано з цукровим діабетом та ішемічною хворобою серця. Тому розробка засобу для самостійної діагностики тиску на різні ділянки стопи та контролю корекції є актуальною задачею. Доступність цього засобу сприятиме ефективній реабілітації при порушеннях стану нижніх кінцівок, покращенні постави, уповільнить прогресування низки захворювань.

Попередні дослідження підтверджують важливість активної участі пацієнтів у процесі реабілітації. Тенденція до самостійної корекції вимагає інтегрованих технологій для забезпечення реального часу зворо-тного зв'язку.

Основна мета — створити можливість коригування положення ноги у взутті за допомогою обробки даних та візуалізації на мобільному застосунку. У роботі представлено розробку автоматизованого реабі-літаційного засобу для нижньої кінцівки, а саме електричну принципову схему для засобу. Засіб використовує передові методи обробки даних для точного визначення положення ноги. Аналіз динаміки рухів та взаємодія засобу із ноговою областю спрямовані на досягнення максимальної точності та ефективності реабілітації.

Розроблений засіб дозволяє користувачам отримувати інформацію про положення ноги у взутті в ре-жимі реального часу. Мобільний застосунок у смартфоні стає візуальним інтерфейсом, де відображається важлива інформація, яка надає можливість для самостійної корекцію постави, техніки бігу, різноманітних фізичних вправ.

Автоматизований реабілітаційний засіб визначає новий етап у розвитку технологій самостійної корекції нижньої кінцівки при плоскостопості. Забезпечуючи пацієнтам інструмент для активного контролю над процесом реабілітації, цей засіб покращує якість життя та зменшує потребу в постійному медичному нагляді. В подальшому буде програмування електричної схеми та розробка застосунку до девайсу по алгоритмам.

ПРОГРАМНІ ПРОЦЕДУРИ НАВЧАННЯ РОЗПІЗНАВАЛЬНОЇ СИСТЕМИ ДЛЯ ДИФЕРЕНЦІЙНОЇ ДІАГНОСТИКИ ПАЦІЄНТІВ ЗА РІЗНОРІДНИМИ СИМПТОМОКОМПЛЕКСАМИ

Олександр Шуляк, Владислав Дружинін — нд, 30 чер 2024 00:00:00 +0300

Розглядається система розпізнавання машинного навчання для диференціальної діагностики пацієнтів на основі гетерогенних комплексів нефрологічних параметрів, перехідна від інструментальних засобів обстеження. Під час навчання використовується емпірична статистика клінічних випадків у базі даних із надійними діагнозами.

Мета полягає в тому, щоб розширити можливості вилучення інформації з аналогічних баз даних для навчання процедурам розпізнавання шляхом збагачення цього інструментарію новими функціями, що містять характерні аспекти витягнутої інформації.

Об’єктом дослідження є математичний та програмний інструментарій для навчання процедур розпізнавання диференціальної діагностики пацієнтів на основі статистики достовірно діагностованих клінічних випадків.

Предметом дослідження є програмні процедури формування моделей падіння комплексу параметрів під час навчання за шкалами їх значень та процедури використання цих моделей у діагностиці. Освоєння моделі сприймається як основний зміст навчального процесу в забезпеченні диференціації діагнозу. Запропоновано критерій прийняття преференційних діагностичних рішень з використанням таких моделей.

Для спрощення розробки математичних і програмних процедур різнорідні симптомокомплекси нормалізуються і перетворюються на [0; 1] масштаб.

У вступі констатується значна поширеність у медицині та суміжних галузях баз даних зі статистичними даними медико-біологічних параметрів і характеристик органів і систем людини в різних станах, їх медичної інтерпретації та використання в різних цілях, часто пов’язаних з діагностикою пацієнтів.

Проблеми їх формування та використання окреслено на реальних базах даних, причому одним з ускладнюючих факторів у розробці діагностичного апаратно-програмного забезпечення є значна неоднорідність параметрів, що визначаються приладами обстеження пацієнтів.

ПРОЄКТУВАННЯ АРХІТЕКТУРИ АВТОМАТИЗОВАНОЇ СИСТЕМИ СТВОРЕННЯ СУПРОВІДНОЇ ДОКУМЕНТАЦІЇ ОСВІТНЬОГО ПРОЦЕСУ

Сергій Цибульник, Вікторія Накорик, Діана Півторак — нд, 30 чер 2024 00:00:00 +0300

Архітектура програмної автоматизованої системи є основним джерелом якості програмних та програмно-апаратних систем. Вплив архітектури полягає в тому, що вона визначає, наскільки швидко та ефективно розробник здатний проаналізувати, зрозуміти, перевірити, розширити та підтримувати програмну автоматизовану систему. Зміни в архітектурі програмної системи мають високу вартість через її складність та можливість руйнування під час розширення.

У даний час більшість знань та інформація про дизайнерські рішення, на яких базується архітектура, неявно вбудовані в неї, що призводить до виникнення проблем під час процесу розроблення, зокрема при програмній реалізації її структурних елементів.

Визначено, що, незважаючи на довгий шлях, який пройшла еволюція архітектури програмних систем, на сьогодні існує дуже мало об'єктивних, повторюваних та емпірично обґрунтованих методологій та інструментів для проєктування та аналізу архітектури. Здебільшого архітекторами програмного забезпечення є програмісти з великим досвідом практики розроблення програмного забезпечення. Враховуючи цей досвід, вони чітко розуміють, що помилки в проєкті архітектури є причинами проблем нижчого рівня, що проявляються в програмному коді. Найчастіше програміст відчуває, коли архітектура його проєкту має низьку якість, тому що існує велика кількість технічних недоліків, кількість яких з часом лише зростає. Але більшість проєктів продовжують виконання, що призводить до зниження якості готової програмної автоматизованої системи.

Саме тому метою даної роботи є проєктування та документування програмної архітектури на прикладі автоматизованої системи створення супровідної документації освітнього процесу, щоб зробити перший крок у напрямку розуміння взаємозв’язків та впливу прийнятих проєктних рішень на кодову базу.

Для досягнення мети було обрано клас багаторівневих архітектур, серед яких найбільш поширеною є трирівнева. Розглянуто особливості реалізації відкритої та закритої трирівневих архітектур. На основі архітектурного шаблону MVC розроблено проєкт архітектури автоматизованої системи створення супровідної документації освітнього процесу. Задокументовано основні підсистеми та елементи даних.

ОЦІНКА ЯКОСТІ ВИМІРЮВАНЬ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА ВИТРАТИ ЗІ СКЛАДНОЮ ТРАЄКТОРІЄЮ ВИМІРЮВАЛЬНОГО ПРОМЕНЯ

Олеся Драчук, Іван Коробко, Анна Писарець — нд, 30 чер 2024 00:00:00 +0300

Протягом останнього десятиріччя найбільшого застосування у промислових вимірюваннях витрати та кількості різних енергетичних ресурсів набули ультразвукові вимірювачі. Такі прилади відрізняються за конструкцією, методом отримання вихідного сигналу, кількістю та топологією розповсюдження акустичних хвиль і, відповідно, мають різноманітні метрологічні характеристики.

Точність формування вимірюваного сигналу окреслюється якістю первинного перетворювача витрати. Складовими якості при цьому є метрологічні характеристики, технологічність конструкції, зручність налаштовування, вартість тощо.

Метою роботи є порівняння, аналіз та оцінювання якості вимірювань витрати при застосуванні одноканального зі складною траєкторією вимірювального променя та багатоканального (багатохордового) ультразвукових перетворювачів витрати.

За результатами імітаційного моделювання отримано розподіл швидкості потоку у повздовжніх та поперечних перерізах, визначено коєфіцієнти коригування виміряного сигналу, розраховано втрати тиску.

Порівняльний аналіз якості вимірювань досліджуваних перетворювачів витрати дозволив виявити переваги застосування одноканального перетворювача витрати з відбиттям акустичної хвилі, а саме: можливість точного виведення корисного сигналу, більша метрологічна чутливість; вища точність вимірювання, а також мінімальний вплив на вимірюване середовище, в наслідок створення менших за геометричними розмірами місцевих гідродинамічних опорів по протяжності вимірювального тракту.

Перспективою подальшої роботи є дослідження ультразвукових вимірювальних перетворювачів витрати з різною топологією акустичних каналів при вимірюванні та реєстрації витрати і кількості за різних режимів плину вимірюваного середовища.

ОСОБЛИВОСТІ РОЗРОБКИ ІНФРАЧЕРВОНОГО ПІРОМЕТРА-РЕФЛЕКТОМЕТРА ДЛЯ ОТРИМАННЯ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ГЕТЕРОСТРУКТУР

нд, 30 чер 2024 00:00:00 +0300

Для усіх типів реакторів для технології газофазної епітаксії з використанням металоорганічних сполук AIII-BV існують загальні технічні вимоги. Серед них варто виділити великі градієнти температури, що спричиняють виникнення конвекційний петель, які, в свою чергу, враховуючи високу швидкість газового потоку, призводять до турбулентності в реакторі замість очікуваного ламінарного потоку. Важливим також є врахування зміни параметрів поверхні пластини в процесі росту та необхідність розрізнення корисного сигналу з поверхні пластини та фонового сигналу з тримача пластин, що обертається для рівномірного осадження сполук.

Для отримання якісних гетероструктур з відтворюваними параметрами важливо мати систему точного контролю температури на поверхні пластини безпосередньо в області осадження, оскільки процес осадження для багатьох складних напівпровідникових приладів (наприклад, лазерні діоди, світлодіоди, фотодіоди, транзистори на гетеропереходах) дуже чутливий до змін температури. Метод оптичної пірометрії є безконтактним, що дозволяє прецизійно визначати температуру поверхні пластини та відповідає технічним вимогам ростових реакторів технології газофазної епітаксії.

Дана стаття присвячена особливостям розробки оптоелектронних систем для прецизійного вимірювання температури під час епітаксійного росту з метою визначення критеріїв для вибору або розробки компонент оптоелектронної системи пірометра-рефлектометра. В роботі досліджені основні фізичні процеси, електро-оптичні характеристики Si фотодіода, AlGaAs/GaAs світлодіода та параметри смугових інтерференційних фільтрів.

На основі аналізу отриманих результатів досліджень і вимірювань розроблено наукові рекомендації щодо вибору та оптимізації параметрів компонентів пірометра (фотоприймачів, світлодіодів, оптичних фільтрів) з метою підвищення точності вимірювань та температурної стабільності вимірювання в умовах експлуатації пірометрів, які враховують компенсацію зміни випромінювальної здатності поверхні пластини.

МЕТОДИ ЗМЕНШЕННЯ ВПЛИВУ ТЕМПЕРАТУРНИХ ГРАДІЄНТІВ НА ЧУТЛИВІСТЬ ВОЛОКОННО-ОПТИЧНОГО ГІРОСКОПА

Олег Кучеренко — нд, 30 чер 2024 00:00:00 +0300

Термоіндукована похибка є однією з основних обмежень чутливості волоконно-оптичних гіроскопів (ВОГ). Аналіз термочутливості ВОГ ґрунтується на дослідженні ефекту Шупе та пружно-оптичного ефекту у волоконному контурі. Основна вимога, яка водночас ставиться, це збереження принципу взаємності для променів, що розповсюджуються у зустрічних напрямках волоконного контуру. Визначено, що термічно індукована різниця фаз цих променів не повинна перевищувати Dj(t) ≈ 10^-7 рад. Для зменшення термочутливості ВОГ використовуються різні методи, серед яких квадрупольні методи намотування волоконного контуру, використання безкаркасних котушек, а також котушек із спеціальних матеріалів. Значна увага приділяється покращенню властивостей волокна і клеючих компаундів для мінімізації впливу температури на оптико-фізичні характеристики цих компонентів волоконного контуру. В статті розглянуті переваги і недоліки кожного з методів компенсації термоіндукованої похибки ВОГ. Приведені аналітичні співвідношення, що характеризують вплив температурних градієнтів на чутливість вимірювання кутової швидкості і фази Саньяка при використанні ВОГ. Частина методів вирішення вказаної проблеми розглянуті в цій статті. Однак постійно вдоскона-люються елементна база і засоби обробки сигналу ВОГ, здійснюється перехід на інтегрально-оптичні технології, що відкриває нові шляхи з мінімальними витратами підвищити чутливість ВОГ. На основі проведених досліджень надані практичні рекомендації щодо зменшення впливу температурних градієнтів на чутливість ВОГ. Робота може бути корисною для фахівців, що працюють в галузі проєктування ВОГ.

ВИМІРЮВАЧ ЗУСИЛЬ В СТЯЖНИХ ПРИЗМАХ ОСЕРДЯ СТАТОРА ПОТУЖНОГО ТУРБОГЕНЕРАТОРА, ВБУДОВАНИЙ В СИЛОВИЙ АКУМУЛЯТОР СТАБІЛІЗАЦІЇ ТИСКУ ПРЕСУВАННЯ ОСЕРДЯ

Анатолій Левицький , Євген Зайцев , Костянтин Кобзар — нд, 30 чер 2024 00:00:00 +0300

Стан осердя статора турбогенератора, а саме стабільність його запресування, значною мірою визначають надійність машини в цілому. Послаблення зусиль запресування є причиною низки негативних явищ, таких як підвищення вібрації та розпушення листів осердя з їх подальшим руйнуванням (викришуванням), що часто є причиною ушкодження генератора. Показано, що ефективним методом запобігання зниженню спресованості осердя є застосування систем силових акумуляторів (СА) з тарілчастими пружинами серед інших існуючих методів. Описано особливості стабілізації та відновлення тиску пресування осердя статора потужного турбогенератора (ТГ) із використанням СА. Показано, що для оцінки стану тиску пресування в осерді статора ТГ можуть бути застосовані вимірювачі зусиль в стяжних призмах осердя, вбудовані в конструкцію силового акумулятора (СА) стабілізації тиску пресування осердя. Запропоновано використовувати вбудований вимірювальний перетворювач зусиль, який складається з пружного чутливого елемента (ПЧЕ) і ємнісного сенсора (ЄС) в структурі СА, що дозволить покращити точність вимірювань, зменшити експлуатаційні ризики та оптимізувати процеси обслуговування турбогенератора.

Метою даної статті є створення вимірювача зусиль в стяжних призмах осердя статора потужного ТГ з використанням пружного чутливого елемента (elastic sensitive element) і ємнісного сенсора (capacitive sensor), вбудованого в конструкцію «безкорпусного» силового акумулятора стабілізації тиску пресування осердя статора потужного турбогенератора.

Оцінка зусилля в стяжній призмі виконується через вимірювання електричної ємності між потенціальним електродом ЄС і заземленим елементом СА. Визначено функцію перетворення перетворювача зусиль з урахуванням геометричних розмірів ПЧЕ і ЄС. Проведено розрахунок ПЧЕ на механічну міцність.

В результаті проведених досліджень розроблено засоби визначення ходу тарілчастих пружин в силовому акумуляторі, інтегровані безпосередньо в його конструкцію. Використання вимірювачів зусиль в стяжних призмах дозволяє ефективно відновлювати та підтримувати тиск пресування кінцевих пакетів осердя статора, контролювати зусилля під час експлуатації та коригувати його без зупинки турбогенератора. Отримані результати можуть бути використанні в системах стабілізації тиску пресування осердя статора з силовими акумуляторами і системи оцінки поточного стану осердя статора потужних турбогенерторів типу ТГВ-200 та ТГВ-300. Підвищення точності вимірювань та зниження експлуатаційних ризиків сприятиме швидкому та ефективному відновленню критично важливої інфраструктури та забезпечить стабільну роботу енергетичних об'єктів.

ЗАСТОСУВАННЯ КОНТРОЛЬНИХ КАРТ ІНДИВІДУАЛЬНИХ СПОСТЕРЕЖЕНЬ ДЛЯ ХІ-КВАДРАТ РОЗПОДІЛЕНИХ ДАНИХ

Олег Козир , Олександра Шестак — нд, 30 чер 2024 00:00:00 +0300

Контрольні карти індивідуальних значень застосовуються у випадках, коли досліджувані процеси змінюються занадто повільно, у випадку коштовності отримання стандартної вибірки для побудови карт Шухарта або у випадку вивчення статистичних характеристик технологічного процесу. Контрольні карти застосовуються для контролю технологічних процесів у випадку нормального розподілу генеральної сукупності можливих значень контрольованого параметру. Інколи допускається квазі-нормальний розподіл досліджуваного параметру. На практиці, досить часто доводиться мати справу з технологічними процесами, вибірка значень контрольованого параметру якого розподілена не за нормальним законом. У таких випадках використання контрольних карт індивідуальних значень може привести до помилок І та ІІ роду. Це обумовлено тим, що контрольні межі карт розраховані для середнього та середньоквадратичного відхилення нормального розподілу. Контрольні карти індивідуальних значень найбільш чутливі до відхилення закону розподілу вибірки від нормального, оскільки для побудови карт використовують індивідуальні значення, на які не розповсюджується центральна гранична теорема, як у випадку контрольних карт середніх значень. Тому надзвичайно важливим є розробка методів застосування розроблених контрольних карт індивідуальних значень для випадкових вибірок, генеральна сукупність яких розподілена не за нормальним законом.

У роботі проведено дослідження застосування методу статистичного контролю випадкового процесу розподіленого не за нормальним законом на основі використання контрольних карт індивідуальних значень, перетворенням вибірки значень досліджуваного параметру у вибірку розподілену за нормальним або квазі-нормальним законом, тобто виконання нормалізації з використанням методу Box-Cox нормалізації та подальшою побудовою контрольних карт на основі отриманої вибірки. Описано математичний апарат алгоритму застосування карт для вибірок з не-нормальним розподілом. Виконано чисельне моделювання застосування контрольних карт індивідуальних значень для вибірки процесу, розподіленого за хі-квадрат розподілом, який має значну асиметричність розподілу для малих значень коєфіцієнту форми, та для вибірки, яка отримана внаслідок нормалізації хі-квадрат.

Результати проведеного дослідження показали, що застосування контрольних карт індивідуальних значень для статистичного контролю для вибірок із значно асиметричним законом розподілу значень призводить до збільшення появи помилок І роду, чого майже немає у випадку застосування методу нормалізації початкової вибірки. Моделювання розладнання процесу, шляхом зміни певного індивідуального значення, також продемонструвало появу хибних сигналів розладнання процесу.

РОЛЬ СУРОГАТНИХ МОДЕЛЕЙ І МАШИННОГО НАВЧАННЯ В СУЧАСНІЙ УЛЬТРАЗВУКОВІЙ ВИТРАТОМЕТРІЇ

Ірина Гришанова — нд, 30 чер 2024 00:00:00 +0300

Останні розробки в галузі машинного навчання знайшли своє застосування у широкому спектрі процесів проєктування. Особливе використання вони мають там, де задіяні числові симуляції й дуже потрібні швидкі, більш точні прогнози та оптимізовані моделі. Щоб прискорити експерименти над моделлю приладу або системи, потрібно прискорити її виконання (симуляцію). На заміну детальним моделям можна створити сурогатну. Її основне завдання – швидкісне виконання, невеликий обсяг необхідної пам'яті та дотримання заданої границі помилки щодо детальної моделі.

У цій статті демонструється інтеграція машинного навчання в процес вимірювання витрати потоків з використанням ультразвукових витратомірів. Основне джерело похибок при застосуванні сучасного ультразвукового принципу вимірювання витрати полягає в складності врахування фактичного профілю швидкості вимірюваного потоку. На практиці розподіл швидкостей в поперечному перерізі трубопроводу відрізняється від теоретичного, введеного в алгоритм розрахунку. Однак, якщо відомий профіль швидкості, відповідну поправку можна оцінити та врахувати під час калібрування. Це підвищить точність вимірювань.

У цьому дослідженні була представлена інтелектуальна компенсація похибок, викликаних спотворенням профілю, для підвищення точності використовуваних в таких умовах ультразвукових багатопроменевих вимірювачів. Мета такої інтелектуальної корекції полягає в пошуку оптимального компонування та мінімально достатньої кількості хорд у вимірювальному перетворювачі за різних умов інсталяції.

Прийняття нового підходу на базі сурогатної моделі з нейронною мережею дало можливість взяти апроксимований профіль потоку, що має певне спотворення, і для обраної топології акустичних каналів зондування потоку програмно, шляхом зміни кута розташування вимірювальної системи відносно місцевого опору, визначити такі положення хорд, для яких можна отримати максимально можливу точність вимірювання. Це означає використання нейромережі для необхідної моделі корекції за вхідними даними, особливо в середовищах, що характеризуються зміною профілю швидкостей під впливом гідравлічних опорів.