WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

Смирнов Виталий Иванович МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ И КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ДАТЧИКОВ Специальность 05.11.01 -Приборы и

методы измерения по видам измерений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Ульяновск 2001

Работа выполнена в Ульяновском государственном техническом университете

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Добровинский И. Р.

доктор технических наук Медведев Г. В.

доктор технических наук, профессор Сапельников В. М.

Ведущая организация: ВНИИ метрологии им. Д. И. Менделеева (г. С.-Петербург)

Защита состоится 19 декабря в 15 часов на заседании специализированного совета Д 212.277.01 при Ульяновском государственном техническом университете по адресу: 432027, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, 32, УлГТУ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ульяновского государственного технического университета

Автореферат разослан 2001 г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук, профессор П. И. Соснин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Оценка технического состояния технологического и энергетического оборудования, транспортных средств и коммуникаций представляет собой важную задачу, решение которой позволяет обнаружить на ранней стадии зарождающиеся дефекты и, тем самым, предотвратить аварийные ситуации, способные привести к серьезным негативным последствиям. Вместо существовавшей ранее системы планово предупредительных работ, включающей в себя периодический контроль и профилактику, более целесообразным с технической и экономической точек зрения становится обслуживание оборудования по его фактическому состоянию.

Это означает, что ремонтные работы производятся только тогда, когда в этом возникает реальная необходимость.

Для организации такого обслуживания требуются методы и средства диагностирования, позволяющие оценить состояние объекта контроля на текущий момент и спрогнозировать его состояние на ближайшее будущее. В зависимости от особенностей взаимодействия средств диагностирования и объекта различают тестовое и функциональное диагностирование. В первом случае при оценке состояния на объект подаются тестовые воздействия, а сам он находится, как правило, в нерабочем состоянии. Во втором случае, то есть при функциональном диагностировании, объект всегда находится в рабочем состоянии, а поиск дефектов осуществляется на основе измерений и анализа так называемых диагностических параметров, количество которых может быть достаточно большим, а требования к быстродействию и точности измерений очень жесткими. Следует также учесть серьезную математическую обработку исходной диагностической информации, включающую в себя вычисление спектральных характеристик и корреляционных функций, цифровую фильтрацию, статистику и т.д. Реализовать все эти операции без помощи компьютера или, по крайней мере, программируемого микроконтроллера практически невозможно.

Функциональная диагностика и контроль технологических процессов включают в себя измерение широкого спектра самых разных физических величин (вибраций, электрических токов и напряжений, электромагнитных полей, акустических волн, температуры и т.д.). Часто все эти величины требуется измерять одновременно, что можно осуществить с помощью многоканальных и многофункциональных измерительных приборов, управляемых компьютером или микроконтроллером. Упростить конструкцию таких приборов и снизить, тем самым, их стоимость позволяет использование однотипных датчиков, способных преобразовывать в электрический сигнал большинство из перечисленных выше величин. Электромагнитные датчики как раз обладают такими широкими функциональными возможностями. С их помощью можно измерять практически любую механическую величину и большинство электромагнитных величин. При всех своих достоинствах датчики этого типа обладают одним серьезным недостатком, а именно, их быстродействие для решения многих задач недостаточно велико. Повысив быстродействие, можно было бы использовать их в качестве источников диагностической информации в соответствующих контрольно-измерительных приборах и системах. В рамках известных в настоящее время способов преобразования параметров электромагнитных датчиков существенно увеличить быстродействие по ряду причин не представляется возможным. Требуются новые способы, в которых повышение быстродействия не приводит к ухудшению других технических характеристик, в первую очередь, чувствительности и точности.

Цель и задачи исследования. Целью работы является создание многоканальных и многофункциональных средств диагностики электромеханических объектов и контроля технологических процессов, в которых источниками измерительной информации являются электромагнитные датчики с улучшенными техническими характеристиками, а все основные операции, включая установку режимов работы, математическую обработку результатов измерений, их хранение и документирование, выполняются под управлением персонального компьютера или программируемого микроконтроллера.

Поставленная цель достигается решением следующих задач:

1. Разработка новых способов преобразования параметров электромагнитных датчиков, обеспечивающих им необходимые быстродействие, чувствительность и точность.

2. Разработка конструкций электромагнитных датчиков и способов обработки их сигналов, дающих возможность измерять широкий набор различных физических величин и удовлетворяющих требованиям, предъявляемым к датчикам при решении задач функциональной диагностики.

3. Разработка базовых вариантов конструкций микропроцессорных устройств и плат сбора данных, образующих основу автоматизированных измерительных приборов.

4. Разработка программного обеспечения для виртуальных приборов, выполненных на основе плат сбора данных и предназначенных для решения задач контроля технологических параметров и процессов.

5. Разработка конструкций, принципов действия, методик измерений и программного обеспечения для автоматизированных приборов, управляемых персональным компьютером или микроконтроллером и предназначенных для решения задач функциональной диагностики и контроля технологических процессов.

Методы исследований. При решении поставленных задач использовалась теория электрических цепей и теория электромагнитного поля, интегральные преобразования Лапласа и Фурье, методы цифровой обработки сигналов, линейная алгебра. При разработке программного обеспечения использовались алгоритмические языки Turbo Pascal, Delphi, Assembler. Проектирование принципиальных схем и печатных плат осуществлялось с использованием системы автоматизированного проектирования P-CAD.

Научная новизна 1. На основе расчета переходных процессов в цепи датчика, возбуждаемых кратковременными электрическими импульсами, произведена оценка возможностей нового способа преобразований параметров электромагнитных датчиков, основанного на зависимости длительности переходного процесса от параметров датчика.

2. Доказано, что включение в цепь датчика нелинейного элемента - диода с большим временем восстановления обратного сопротивления - приводит к значительному увеличению чувствительности первичного преобразователя.

3. Разработана математическая модель устройства, реализующего новый способ преобразования параметров электромагнитных датчиков, и на ее основе произведена оценка инструментальной погрешности.

4. На основе расчета потокосцепления вихретокового датчика с электропроводящей плоскостью произведена оценка методической погрешности, обусловленной конечными размерами объекта измерений.

5. Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден новый способ обработки сигналов индукционно-индуктивных датчиков, основанный на использовании Фурье-преобразования.

6. Экспериментально доказана возможность замены используемого в качестве диагностического параметра спектра фазного тока на другой диагностический параметр - спектр поля рассеяния.

Практическая ценность и реализация работы 1. Проведенные исследования позволили создать базу для разработки автоматизированных средств контроля и диагностики, в которых источниками измерительной информации являются электромагнитные датчики с улучшенными техническими характеристиками.

2. На основе новых принципов построения виртуальных приборов разработано семейство приборов, обладающих полной функциональной законченностью, эксплуатация которых не требует от пользователя каких-либо дополнительных согласующих устройств. Среди них:

-многоканальный осциллограф для измерения механических и электромагнитных процессов;

-мультиметр для измерения физических величин, слабо изменяющихся со временем;

-многоканальный металлодетектор, предназначенный для обнаружения и счета металлических объектов в потоке жидких или сыпучих веществ;

-многоканальный спектроанализатор для измерения механических и электромагнитных процессов, обладающих временной периодичностью;

-анализатор нестационарных процессов, предназначенный для измерения характеристик объекта при переходе его из одного стационарного состояния в другое.

3. Разработан многоканальный комплекс для диагностики электрических машин, выполненный в двух конструктивных вариантах:

-стационарном, работающем под управлением компьютера;

-портативном, работающем под управлением программируемого микроконтроллера.

4. Разработан портативный мотор-тестер для определения технического состояния системы зажигания автомобиля, а также других его узлов (генератора, стартера, форсунок инжекторного двигателя, аккумуляторной батареи).

5. Разработан многоканальный комплекс для измерения геометрических размеров объектов несложной формы и контроля возможного выхода размеров за пределы технологических допусков.

6. Разработан автоматизированный спектрометр для измерения спектров примесного поглощения в полупроводниках и определении на их основе типа примесных атомов и их концентрации.

7. Разработано несколько типов индуктивных манипуляторов, предназначенных для управления перемещениями курсора на экране монитора.

8. Разработан и внедрен в производство в ОАО Ульяновская кондитерская фабрика «Волжанка» автоматизированный вискозиметр, использующийся для контроля вязкости шоколадной массы.

9. Разработан и внедрен в производство в ОАО Ульяновская кондитерская фабрика «Волжанка» автоматизированный измеритель влажности, использующийся для контроля содержания влаги в готовой продукции (печенье, вафли, конфеты).

10. В рамках договора с Ульяновским центром микроэлектроники разработан лабораторный стенд для определения геометрических размеров кремниевых мембран, представляющих собой основу кремниевых тензодатчиков.

И. Разработано программное обеспечение, представляющее собой управляющие программы для микроконтроллеров, драйверы плат сбора данных, прикладные программы для автоматизированных измерительных приборов, сервисные программы. Большинство из них имеет универсальный характер и может быть использовано другими разработчиками автоматизированных средств измерений.

Вопросы, отраженные в диссертации, излагались в лекционном курсе «Микропроцессорные измерительные комплексы», читаемом автором магистрантам специальности «Проектирование и технология электронных средств» УлГТУ.

На защиту выносятся:

1. Способ преобразования параметров электромагнитных датчиков, основанный на возбуждении в датчиках кратковременными электрическими импульсами переходных процессов и измерении их длительности.

2. Способ интегрирования выходного сигнала индукционно-индуктивных датчиков, основанный на дискретизации исходного сигнала и Фурье преобразовании дискретной временной последовательности, математической обработке полученных трансформант и восстановлении сигнала с помощью обратного Фурье-преобразования.

3. Метод диагностирования электрических машин, основанный на измерении и анализе временных и спектральных характеристик полей рассеяния диагностируемого объекта.

4. Принцип организации функциональной диагностики электромеханических объектов, заключающийся в одновременном измерении и анализе комплекса взаимозависимых диагностических параметров с помощью многоканальных и многофункциональных измерительных устройств, в которых источниками измерительной информации являются датчики электромагнитного типа.

5. Принцип построения виртуальных приборов, основанный на включении в конструкцию платы сбора данных преобразователя параметров датчиков и разработке соответствующего программного обеспечения, в максимальной степени адаптированного к решению задач, типичных для данного класса датчиков.

6. Базовые варианты конструкций микропроцессорных измерительных устройств и плат сбора данных, в которых реализован новый способ преобразования параметров электромагнитных датчиков и которые представляют собой конструктивную основу приборов для решения задач функциональной диагностики и контроля технологических параметров и процессов.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на международной НТК «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления.

Датчик-2001» (г. Гурзуф, 2001 г.);

на Всероссийской НТК «Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем» (г.

Чебоксары, 2001 г.);

на международной НТК «Измерения, контроль, информатизация» (г. Барнаул, 2001 г.);

на Всероссийской НТК «Методы и средства измерения в системах контроля и управления» (г. Пенза, 2001 г.);

на международной НТК «Логико-алгебраические методы, модели, прикладные применения» (г. Ульяновск, 2000, 2001 гг.);

на Всероссийской НТК «Информационные технологии в науке, проектировании и производстве» (г. Н.

Новгород, 2000 г.);

на Всероссийской НТК «Методы и средства измерений» (г.

Н. Новгород, 2000г.);

на международной НТК «Методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации. Измерения 2000» (г.

Пенза, 2000 г.);

на Всероссийской НТК «Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике» (Чебоксары, 2000 г.);

на Всероссийской НТК «Оптические, радиоволновые, тепловые методы и средства контроля качества материалов, изделий и окружающей среды» (г. Ульяновск, 1993, гг.);

на Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем» (г. Ульяновск, 1999 г.);

на школах-семинарах «Актуальные проблемы физической и функциональной электроники» (г. Ульяновск, 1999, 2000 гг.);

на международной НТК «Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий» (г. Москва, 1999 г.);

на международной НТК «Интерактивные системы: проблемы взаимодействия человек - компьютер» (г. Ульяновск, 1999 г.);

на международной НТК «Методы и средства преобразования и обработки аналоговой информации» (г. Ульяновск, 1999 г.);

на Всероссийской НТК «Методы и средства измерений физических величин» (г. Н. Новгород, 1998 г.);

на научно-практической конференции «Наука производству. Конверсия сегодня» (г. Ульяновск, 1997 г.);

на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава УлГТУ (г. Ульяновск, 1993-2001гг).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 62 научные работы, включая 1 монографию, 24 научную статью и 33 тезиса докладов на научно технических конференциях, получено 4 патента РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы, включающий 243 наименования, трех приложений. Общий объем диссертации составляет 320 страниц, включая таблиц и 79 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, изложены цели и задачи, решаемые в диссертации, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены теоретические основы и практическая реализация нового способа преобразования параметров электромагнитных датчиков, позволяющего улучшить основные технические характеристики датчиков и, тем самым, создающего предпосылки для использования их в системах технической диагностики и контроля.

Источниками информации в системах технической диагностики и контроля технологических процессов являются измерительные преобразователи (датчики) физических величин. Между собой они отличаются принципом действия, функциональным назначением, способом преобразования измеряемой величины в электрический сигнал и так далее. Технические характеристики датчиков, в частности, быстродействие, чувствительность и точность во многом определяют функциональные возможности измерительных устройств, в состав которых они входят. Особое место среди них занимают датчики электромагнитного типа. К ним относятся индуктивные, вихретоковые, трансформаторные, магнитомодуляционные, магнитоупругие, индукционные и ряд других датчиков.

Всех их отличает простота конструкции, высокое значение выходного напряжения, некритичность к воздействию окружающей среды, возможность бесконтактного измерения многих физических величин. Вместе с тем, невысокое быстродействие, зависящее в значительной степени от используемого способа преобразования, ограничивает применение их для решения ряда задач, в которых требуется проводить измерения с высокой скоростью и точностью, причем одновременно в нескольких точках (по нескольким измерительным каналам).

Анализ существующих способов преобразования позволяет сделать вывод, что наиболее предпочтительными с точки зрения быстродействия являются прямые способы, а также некоторые разновидности способов развертывающего преобразования. Тем не менее, даже использование этих способов дает возможность реализовать быстродействие большинства индуктивных и вихретоковых датчиков лишь на уровне 1000 измерений в секунду, что явно недостаточно для решения многих задач функциональной диагностики.

Дополнительную сложность вызывает необходимость коммутации измерительных каналов, приводящая к переходным процессам и, тем самым, не позволяющая существенно повысить быстродействие датчиков.

В связи с этим представляет интерес использовать для преобразования параметров непосредственно сам переходный процесс, возбуждаемый в индуктивных датчиках кратковременными электрическими импульсами. Оценку возможностей этого способа с точки зрения быстродействия и чувствительности можно осуществить на примере параллельного ZC-контура, в котором возбуждаются быстрозатухающие электромагнитные колебания. Схема колебательного контура и форма возбуждающего переходный процесс электрического импульса длительности т и амплитуды Е представлены соответственно на рис.1 а и 16. Расчет формы выходного сигнала Ueblx(f) осуществлялся на основе операторного метода. При этом изображение возбуждающего переходный процесс напряжения Uex(p), полученное с помощью преобразования Лапласа, имеет вид:

Как показали расчеты, изображение выходного напряжения Uebix(p) для представленной на рис.1 а схемы, будет определяться выражением где Перейдя к оригиналу выходного сигнала Ueblx(f), получим: при t < т о при где Графики переходных процессов Uebix(t), рассчитанные по полученным формулам для двух значений индуктивности представлены на рис.1 в. В расчетах использовались следующие значения параметров электрической схемы:

Е=5 В, г=3 мкс, г=\5 Ом, /?=0,1 Ом, С=0,3 мкФ, L\=4Q мкГн (график 1), 1,2= мкГн (график 2). Такой выбор параметров обусловлен требованием, что длительность переходного процесса должна быть в диапазоне 20...50 мкс. С одной стороны, это позволяет обеспечить измерение процессов, имеющих частотный диапазон до 10 кГц. С другой стороны, это примерно соответствует минимально необходимому времени на обработку одного измерения в описанных далее микропроцессорных устройствах.

Принцип действия преобразователя, использующего зависимость длительности переходного процесса от параметров индуктивных датчиков, состоит в следующем. С помощью компаратора определяется момент времени, когда Uebix(t) переходит через ноль, то есть длительность переходного процесса Т. Аналогичным образом определяется длительность переходного процесса Топ в опорном плече, где параметры датчика фиксированы. Далее выделяется разность, которая затем с помощью интегратора преобразуется в напряжение. Чувствительность преобразователя в этом случае определяется величиной и скоростью нарастания выходного напряжения в момент его перехода через ноль, то есть величиной y2=dUebix(t)/dt в точке t=T. Эти величины взаимосвязаны - увеличение одной из них, обусловленное изменением параметров схемы, приводит к уменьшению другой.

При оптимальном выборе параметров схемы, определяемом критерием максимальной чувствительности преобразователя, значения yi~ ОД мкс, а 2« мВ/мкс. Таким образом, для того, чтобы преобразователь мог зарегистрировать изменения параметров индуктивных датчиков на уровне 0,01%, необходимо, чтобы переключение логического состояния выхода компаратора происходило при изменении напряжения на одном из его входов около 0,05 мВ, что для современных компараторов выходит за пределы их возможностей.

Следовательно, чувствительность такого преобразователя получается относительно невысокой.

Повысить чувствительность и одновременно сохранить высокое быстродействие можно как за счет увеличения yi=&T/(AL/L), так и за счет увеличения скорости нарастания выходного напряжения у2= dUebix(t)/dt в точке t=T. Величина yi зависит от индуктивности датчика и его конструктивных особенностей, причем изменение индуктивности датчика возможно лишь в относительно узком диапазоне, что не позволяет как-то существенно увеличить У].

Что касается величины у2, то увеличить ее позволила замена конденсатора в LC колебательном контуре на нелинейный элемент, а именно диод с большим временем восстановления обратного сопротивления (рис.2а).

Электрический импульс (рис.2б) длительностью несколько микросекунд возбуждает в LD-контуре быстрозатухающие электромагнитные колебания, что приводит к кратковременным включениям диода вначале в обратном направлении, затем в прямом и снова в обратном. Вторая фаза процесса, когда диод включается в прямом направлении, сопровождается инжекцией неосновных носителей в базу диода. Переход диода в третью стадию (включение в обратном направлении) по времени происходит с задержкой, определяемой процессом рассасывания неосновных носителей в базе диода. Длительность этого процесса зависит от величины инжектированного через /7-и-переход заряда. Величина заряда, определяемая током инжекции и временем включения диода в прямом направлении, зависит от параметров катушки индуктивности. Таким образом, между длительностью переходного процесса в LD-контуре и параметрами катушки индуктивности имеется однозначное соответствие.

При длительности импульса возбуждения несколько микросекунд и значениях индуктивности 20... 100 мкГн длительность переходного процесса получается на уровне 15...25 мкс. При этом скорость нарастания выходного напряжения у LD-контура в момент времени, когда оно становится равным нулю, т. е. y2=dUebix(t)/dt в точке t=T, примерно равна 600 мВ/мкс, что более, чем на порядок превышает аналогичную величину для колебательного LC контура. Величина y]=&T/(AL/L) в том и другом случае примерно одинакова.

Таким образом, замена конденсатора в первичном преобразователе на нелинейный элемент -диод с большим временем восстановления обратного сопротивления - позволяет повысить чувствительность примерно на порядок при одинаковом времени однократного измерения.

Структурная схема устройства, в котором реализован новый способ преобразования параметров электромагнитных датчиков, приведена на рис.3.

Схема управления устанавливает текущий адрес измерительного канала и осуществляет чтение цифрового кода с выхода АЦП после завершения однократного измерения. В зависимости от конструктивного варианта она представляет собой либо программируемый микроконтроллер (ПЛК), либо интерфейсный блок платы расширения, обеспечивающий взаимодействие измерительного устройства с центральным процессором компьютера. Блок формирования импульсов вырабатывает пару импульсов, один из которых инициирует переходные процессы в датчиках, другой устанавливает общую продолжительность однократного измерения. Компаратор преобразует аналоговый сигнал, изображенный на рис.2в, в ТТЛ-импульс. Аналогичное преобразование осуществляет компаратор опорного плеча. Схема «исключающее ИЛИ» выделяет из двух ТТЛ-импульсов импульс рассогласования, длительность которого зависит от разности индуктивности измерительного и опорного плеч датчика. Далее длительность импульса рассогласования с помощью интегратора преобразуется в напряжение, поступающее после усиления на вход аналого-цифрового преобразователя.

Наряду с быстродействием и чувствительностью важной характеристикой является точность измерений, которую способно обеспечить измерительное устройство, использующее данную схему преобразования параметров электромагнитных датчиков. На точность измерений могут влиять климатические условия (температура и влажность), электромагнитные поля в зоне нахождения датчика, нестабильность источника питания, температурный дрейф параметров радиоэлементов платы измерительного устройства и т.д. С тем, чтобы исключить влияние всех этих факторов на результаты измерений, было решено использовать дифференциальную схему включения датчиков. При этом следует отметить, что измерительное и опорное плечи включают в себя не только параллельно соединенные катушку индуктивности и диод, но также и часть измерительной цепи, состоящую из двух коммутаторов тока, многоканального усилителя и компаратора. Технологический разброс параметров элементов, образующих измерительное и опорное плечи, может оказать существенное влияние на точность измерений. Чтобы свести это влияние к минимуму, в устройстве использовались такие интегральные микросхемы, в которых каждый из элементов измерительного и опорного плеча сформирован на одном кристалле. Это относится к двухканальному компаратору (597САЗ), двухканальному коммутатору тока (590КНЗ), многоканальному усилителю (транзисторные сборки 1НТ251), диодному мосту (КЦ407). Идентичность параметров элементов измерительного и опорного плеч приводит к тому, что любые изменения напряжения питания или температуры какой-либо микросхемы одинаковым образом влияют как на измерительное, так и на опорное плечи, что в конечном итоге практически не сказывается на результате измерений.

Другое техническое решение, направленное на повышение точности измерений, это включение в состав измерительной цепи схемы усиления и коррекции, в которой для стабилизации выходного напряжения используется местная отрицательная обратная связь. Стабилизация выходного напряжения организована следующим образом. Один из восьми измерительных каналов, а именно нулевой, используется в качестве опорного. К этому каналу подключен датчик-имитатор, состоящий из пары дросселей с фиксированными параметрами. При циклическом опросе всех каналов результаты измерений нулевого канала используется для формирования опорного напряжения Uon, поступающего на один из входов схемы усиления и коррекции. На другой вход схемы поступает сигнал с выхода интегратора UBX. В результате на выходе схемы усиления и коррекции будет формироваться сигнал, пропорциональный разности (UBX-Uon). Если по какой-то причине часть измерительной цепи, состоящая из интегратора и схемы «исключающее ИЛИ», изменит свои параметры (например, из-за изменения температуры), то это отразится на всех каналах, включая и нулевой, а, следовательно, и на величине опорного напряжения. Дифференциальный усилитель «отследит» эти изменения и скорректирует соответствующим образом выходной сигнал. Другой вариант реализации схемы коррекции, используемый в микропроцессорных измерительных устройствах, организован программным способом. Опорное напряжение в этом случае фиксировано и не зависит от результатов измерений нулевого канала. Учет влияния дестабилизирующих факторов осуществляется вычитанием из всех результатов измерений данных, полученных от нулевого канала.

Во второй главе рассмотрены особенности конструкций и принципов действия электромагнитных датчиков, предназначенных для использования в системах диагностики и контроля, а также вопросы, связанные с градуировкой датчиков и оценкой инструментальной и методической составляющих погрешности измерений.

Специфика задач функциональной диагностики выдвигает ряд требований к конструкциям датчиков и измерительным устройствам, в состав которых они входят. Это, в частности, включает в себя возможность проведения измерений бесконтактным способом в условиях одностороннего доступа к объекту и при наличии негативного влияния окружающей среды;

возможность одновременного измерения комплекса различных физических величин с достаточно высокими быстродействием и точностью;

возможность измерения линейных перемещений в широком динамическом диапазоне, причем объект может быть как ферромагнитным, так и неферромагнитным. С учетом этих требований были разработаны конструкции четырех типов датчиков:

индуктивных, магнито-индуктивных, вихретоковых и индукционно-индуктивных.

Индуктивные датчики предназначены для измерения линейных перемещений ферромагнитных и неферромагнитных объектов, а также других физических величин, функционально с ними связанными. Большинство датчиков этого типа имеет незамкнутую магнитную цепь, что позволяет проводить измерения перемещений в достаточно широким диапазоне, но с потерей линейности функции преобразования. Последнее обстоятельство не является принципиально важным, поскольку управление процессом измерений и обработку исходной информации осуществляет микропроцессор, что дает возможность линеаризовать функцию преобразования. Одним из примеров датчиков этого типа являются датчики на основе серийно выпускаемых промышленностью дросселей Д11М 0,1/50 мкГн. Такие датчики при невысокой стоимости обладают хорошими техническими характеристиками.

Магнито-индуктивные датчики предназначены для измерений постоянных и переменных магнитных полей, а также для измерений электрических токов, осуществляемых бесконтактным способом. Чувствительным элементом датчика является катушка индуктивности с сердечником из материала с прямоугольной петлей гистерезиса. С помощью подмагничивающего поля рабочая точка выводится на крутой участок зависимости ц,(Н). Воздействие на датчик измеряемого поля приводит к изменению магнитной проницаемости ц и, соответственно, к изменению индуктивности датчика. Чувствительность такого датчика к магнитному полю примерно равна 5-Ю4 В/Тл, что вполне достаточно для измерения, например, относительно слабых полей рассеяния маломощных объектов диагностирования.

Индукционно-индуктивные датчики предназначены для измерений переменных электрических токов и напряжений. Их принцип действия заключается в следующем. Под воздействием электромагнитного поля, создаваемого измеряемым током, в датчике возникает ЭДС индукции, которая, складываясь с напряжением переходного процесса в датчике (рис.2в), влияет на операцию преобразования длительности переходного процесса в длительность ТТЛ-импульса на выходе компаратора. В то же время изменений самих параметров датчика не происходит. Таким образом, в отличие от обычных индукционных датчиков, в которых возникающая в них ЭДС индукции используется как выходная величина, в индукционно - индуктивных датчиках ЭДС индукции выполняет роль модулирующего фактора, в конечном итоге влияющего на выходной сигнал измерительного устройства. Тем самым, способ преобразования, основанный на возбуждении в датчиках переходных процессов и измерении их длительности, можно использовать не только для параметрических датчиков, но и для датчиков генераторного типа.

Индукционно-индуктивные датчики имеют одну особенность, отличающую их от параметрических датчиков. Поскольку в основу их принципа действия положено явление электромагнитной индукции, то выходной сигнал согласно закону Фарадея пропорционален скорости изменения магнитного потока, пронизывающего витки датчика. Для определения магнитной индукции или силы тока, создающего магнитное поле, выходной сигнал необходимо проинтегрировать. Поэтому измерительные приборы, основанные на индукционном методе, обычно содержат интеграторы тока или ЭДС. Поскольку Индукционно-индуктивные датчики входят в состав микропроцессорных измерительных устройств или устройств, реализованных на основе платы расширения для персонального компьютера, то это обстоятельство делает возможным и целесообразным использование численных методов интегрирования сигналов вместо аппаратных. В основу метода обработки сигналов положено одно из свойств Фурье-преобразования, согласно которому, если G(v) есть трансформанта первой производной f'(t) некоторой функции f(t), то где F(v) есть трансформанта самой функции.

Таким образом, осуществив Фурье-преобразование выходного сигнала (пропорционального первой производной магнитного потока по времени) и разделив трансформанты на -12ЛГУ, можно с помощью обратного Фурье- преобразования восстановить сигнал, пропорциональный потоку.

Практическая реализация этого способа включает в себя следующие операции. Вначале формируется выборка из результатов измерений /[«], полученных индукционно-индуктивными датчиками через строго фиксированные промежутки времени Т. Объем выборки обычно составляет JV=1024 отсчета. Вычисляется среднее арифметическое и вычитается их всех результатов измерений:

Далее используются прямое и обратное преобразования Фурье, связывающие N— точечную временную последовательность и[п], и соответствующую ей N— точечную частотную последовательность u[k]:

Конкретное значение частоты v, соответствующее каждому из членов последовательности u[k] определяется выражением v=k/NT, а значение времени t для членов последовательности и[п] - выражением t=nT. Полученные согласно выражению (1) амплитуды гармоник делятся на 2я& (&=!.. JV-1), а к фазам гармоник добавляется величина л/2. Последней операцией является обратное Фурье-преобразование (2) и восстановление тем самым сигнала индукционно-индуктивного датчика, пропорционального измеряемому магнитному потоку или физической величине, связанной с магнитным потоком.

Пример такого расчета представлен на рис.4, где исходный сигнал получен с помощью датчика при измерении им поля рассеяния I трансформатора.

Обработанный по изложенной выше методике сигнал представлен графиком 2.

По оси ординат откладываются условные единицы, которым в соответствии с градуировочными зависимостями могут быть сопоставлены измеряемые физические величины. Анализ сигналов, полученных после численного интегрирования, и сравнение их с результатами, полученными на основе измерений электрического тока другими методами, позволяет сделать вывод о корректности рассмотренного способа интегрирования сигналов индукционно-индуктивных датчиков.

Для электромагнитных датчиков, имеющих разомкнутую магнитную цепь, линейный характер зависимости между воздействующей на датчик величиной и соответствующим изменением его параметров выполняется только в очень ограниченном диапазоне измеряемых величин или не выполняется совсем. Поэтому для микропроцессорных измерительных устройств, в состав которых входят такие датчики, необходимо формировать градуировочные зависимости, устанавливающие связь между измеряемой величиной и цифровым значением выходного напряжения. Такая связь устанавливается на основе измерений ограниченного числа узловых точек и соответствующей математической обработки полученных табличных данных. Анализ возможных методов интерполяции показал, что в данном случае наилучшие сходимость и точность обеспечивает сплайн-интерполяция. Была разработана специальная программа градуировки, дающая хорошие результаты вне зависимости от числа узловых точек и степени нелинейности градуировочных зависимостей.

Для оценки инструментальной составляющей погрешности измерительного устройства была разработана его математическая модель.

Анализ модели позволил сделать вывод, что наибольший вклад вносят два структурных блока. Один из них обеспечивает преобразование длительности импульса рассогласования в напряжение, другой блок представляет собой схему усиления и коррекции. Расчеты показали, что отклонения сетевого напряжения от номинального на ±10% и температуры от комнатной на ±15°С приводят к мультипликативной погрешности 0,27% и аддитивной погрешности 0,22%.

Кроме инструментальной погрешности в некоторых случаях на точность измерений может оказать серьезное влияние методическая погрешность.

Датчики, входящие в состав систем технической диагностики и контроля, отличаются широким разнообразием как по конструкции и принципу действия, так и по измеряемым физическим величинам. Поэтому источники методических погрешностей и способы их снижения в каждом конкретном случае свои. При измерении перемещений или толщины диэлектрических слоев на металлическом основании методическая погрешность может быть обусловлена отличием геометрических размеров объекта измерений и эталонного объекта, на основании измерений которого рассчитывалась градуировочная зависимость.

При измерении толщины металлических пленок на результаты измерений влияет температура, поскольку от нее зависит электропроводность пленок. При бесконтактном измерении электрических токов на результаты измерений влияют форма и размеры проводников, их положение и ориентация относительно датчика, а также внешние магнитные поля, создаваемые токами в соседних близко расположенных проводниках. При измерении полей рассеяния с помощью соответствующих датчиков на результаты влияет ориентация датчика относительно магнитного поля Земли.

Некоторые из рассмотренных выше методических погрешностей, например, обусловленные влиянием температуры на электропроводность объекта, могут быть снижены или устранены совсем с помощью входящей в состав программного обеспечения процедуры коррекции. В других случаях снизить методическую погрешность можно, проводя операцию градуировки после установки датчиков в местах их стационарного крепления. Иногда влияние методической погрешности не имеет существенного значения из-за специфики решаемой задачи. Например, при измерении электромагнитных полей рассеяния электрических машин с целью последующей оценки их технического состояния основной задачей является определение отношений амплитуд гармоник высших порядков к амплитуде основной гармоники.

Прежде, чем производить Фурье-преобразование, из исходного сигнала вычитается его среднее арифметическое значение, поэтому влияние постоянной составляющей магнитного поля Земли на результаты измерений амплитуд гармоник не существенно.

Одним из наиболее важных среди перечисленных выше факторов, искажающих результаты измерений и практически не поддающихся коррекции, является влияние формы и размеров объекта при измерении, например, толщины металлизации вихретоковыми датчиками. Градуировка датчиков в этом случае, как правило, производится на образцах достаточно больших размеров, чтобы исключить влияние краевых эффектов. Реальные же объекты могут иметь размеры, не намного превышающие диаметр катушки вихретокового датчика. Поэтому важно знать величину погрешности, вносимой конечными размерами объекта измерений и его минимальные размеры, при которых погрешность измерений не превышает наперед заданную величину.

Для оценки данной методической погрешности были произведены расчеты пространственного распределения магнитного поля, создаваемого током вихретокового датчика и на их основе - магнитного потокосцепления системы «датчик - проводящая плоскость». Погрешность определяется величиной, где R и Т - потокосцепления с плоскостью радиуса R и с плоскостью бесконечно больших размеров. В результате расчетов было установлено, что при размерах плоскости, превышающих четырехкратный диаметр катушки вихретокового датчика методическая погрешность составляет величину менее 0,1%. Это дает основание считать такие размеры объекта «бесконечно» большими, и, тем самым, пренебречь вкладом методической погрешности в результирующую погрешность измерений.

В третей главе проведен анализ архитектуры современных программируемых микроконтроллеров и рассмотрены базовые варианты конструкций микропроцессорных устройств, в которых реализован новый способ преобразования параметров электромагнитных датчиков.

Круг решаемых задач, связанных с диагностикой и контролем технологических процессов, чрезвычайно широк, поэтому и требования к соответствующим микропроцессорным измерительным средствам также отличаются большим разнообразием. В некоторых случаях требуется высокая скорость не только на этапе измерений, но и на этапе обработки и анализа полученной информации. В других случаях высокая скорость необходима лишь на этапе измерений. Есть задачи, в которых высокое быстродействие не требуется и на этапе измерений, но необходима серьезная математическая обработка полученных результатов. Все эти факторы необходимо учитывать при выборе конкретного типа ПЛК, управляющего работой микропроцессорного измерительного устройства. Наряду с быстродействием важными показателями являются энергопотребление микроконтроллера и его функциональные возможности, определяемые системой команд и объемом памяти, а также наличием интегрированных на кристалле периферийных устройств, в частности, последовательных и параллельных портов, АЦП, таймеров/счетчиков, программно управляемых генераторов импульсов и т.д.

Первый вариант микропроцессорного устройства, структурная схема которого приведена на рис.5, представляет собой конструктивную основу приборов, предназначенных в основном для измерения технологических параметров, слабо изменяющихся со временем или не изменяющихся совсем. В первую очередь, это геометрические размеры объектов, толщина диэлектрических покрытий на металлическом основании или толщина металлических фолы, постоянные электрические токи и так далее.

Конструктивно устройство состоит из двух основных блоков: преобразователя параметров датчиков и контроллера, выполненного на базе ПЛК 80сЗ 1 фирмы Intel. Контроллер осуществляет последовательный или параллельный опрос датчиков, подключенных к устройству;

предварительную обработку результатов измерений и их передачу посредством последовательного интерфейса RS-232 в персональный компьютер. Одновременно с этим через один из параллельных портов результаты измерений передаются на индикаторное устройство внешнего пульта управления. Другой порт служит для передачи управляющих импульсов внешним исполнительным устройствам.

Управляющая программа позволяет организовать работу устройства в двух режимах. Первый режим используется для решения задач, не требующих высокого быстродействия. В этом случае опрос датчиков осуществляется циклически друг за другом, каждый результат измерений сразу же пересылается в буферный регистр универсального асинхронного приемопередатчика микроконтроллера и через параллельный порт на индикаторное устройство. Второй режим применяется при измерения характеристик быстропротекающих процессов или при решении задач, требующих применения Фурье-преобразования, например, при вибродиагностике объектов контроля. В этом случае результаты измерений каждого их датчиков накапливаются в буферном ОЗУ и лишь по мере его заполнения пересылаются в компьютер.

Второй базовый конструктивный вариант, реализованный на основе ПЛК АТ89с51 фирмы Atmel, предназначен для выполнения трех задач: сбора диагностической информации, ее хранении в памяти прибора и передаче в компьютер по мере необходимости. Такая организация работы устройства позволила решать задачи технической диагностики в условиях, когда использование компьютера вблизи объекта по каким-либо причинам затруднено.

Для длительного хранения результатов измерений используется статическая память объемом 128 Кбайт. Режим хранения поддерживается автономным источником питания. Взаимодействие устройства с компьютером осуществляется посредством последовательного интерфейса RS-232.

Третий базовый конструктивный вариант предназначен для решения задач функциональной диагностики и контроля технологических параметров и процессов. Он реализован на основе микроконтроллера SAB80c517 фирмы Siemens, который в отличие от упомянутых выше микроконтроллеров имеет большее количество параллельных портов ввода/вывода и встроенный 10 разрядный АЦП с двенадцатью мультиплексируемыми входами. Все это позволило увеличить быстродействие в два раза, снизить энергопотребление и расширить функциональные возможности устройства. В первую очередь это касается возможности осуществлять измерения сигналов с резисторных датчиков, а также напряжений, вырабатываемых датчиками генераторного типа. Имеется возможность длительного хранения результатов измерения в статической памяти устройства и передачи их в компьютер.

В четвертой главе проведен анализ современных средств сопряжения измерительных устройств с компьютером и рассмотрены вопросы, связанные с разработкой базовых вариантов конструкций плат сбора данных, размещаемых в системной магистрали персонального компьютера. В настоящее время это одно из самых динамично развивающихся направлений в разработке и производстве автоматизированных средств измерения и контроля. Платы сбора данных активно используются в автоматизированных системах контроля технологических параметров и процессов, что включает в себя слежение за динамикой контролируемых или исследуемых процессов в реальном времени и выработку при необходимости корректирующих воздействий для их изменения и нормализации. Решение этих задач предполагает измерение физических величин, многие из которых имеют неэлектрическую природу (перемещение, давление, температура, влажность и т. д.). Большинство же плат сбора данных спроектировано на ввод только электрических сигналов. Это приводит к необходимости в разработке специальных устройств, выполняющих функцию преобразования параметров датчиков и согласования сигналов, причем далеко не всегда адаптация платы сбора данных к решению конкретной измерительной задачи реализуется простыми средствами. К тому же следует учесть, что потребителями таких плат являются специалисты разной квалификации и разного уровня подготовки. Все это серьезно ограничивает внедрение автоматизированных средств измерений в производство.

Решением проблемы является включение в плату сбора данных первичного преобразователя и разработка соответствующего программного обеспечения, в максимальной степени адаптированного к решению типовых задач, присущих данному преобразователю. Тогда задача пользователя будет заключаться лишь в подключении датчиков к плате, размещению их в зоне контроля и инициализации соответствующей прикладной программы.

Разумеется, это в определенной степени сужает круг задач, решаемых данной платой, ограничивая его возможностями датчиков и библиотекой прикладных программ, но зато делает ее более законченной в функциональном отношении.

Для реализации такого подхода в построении плат сбора данных было разработано семейство базовых конструктивных вариантов, предназначенных для решения задач технической диагностики и контроля. Структурная схема одной из плат, предназначенной в основном для контроля технологических параметров и процессов, представлена на рис.6. В ней условно можно выделить два блока: преобразователь параметров электромагнитных датчиков и интерфейсный модуль. Первый блок реализует схему преобразования, подробно описанную выше, а именно «измеряемая величина -» индуктивность датчика -> длительность переходного процесса —» длительность импульса рассогласования -> напряжение -> цифровой код». Интерфейсный модуль обеспечивает взаимодействие центрального процессора компьютера с преобразователем параметров датчиков, что включает в себя формирование управляющих сигналов, необходимых для записи информации во входные регистры и чтения цифрового кода с выхода АЦП при поступлении соответствующего запроса прерывания. Общую синхронизацию работы платы осуществляет кварцевый генератор частотой 32 кГц, что позволяет без отвлечения временных ресурсов центрального процессора формировать адреса измерительных каналов и сигналы управления для преобразователя параметров датчиков. С помощью программно доступного регистра режимов работы можно изменять частоту опроса датчиков, количество измерительных каналов и коэффициент усиления выходного усилителя.

Второй конструктивный вариант предназначен для контроля технологических процессов и выработки при необходимости управляющих воздействий на объект. Управление работой платы, включающее в себя организацию процесса измерений и формирование сигналов управления, осуществляет центральный процессор. Это позволяет обеспечить индивидуальный режим работы каждого измерительного канала и гибко реагировать на изменения в функционировании объекта, например, при входе его в предаврийный режим.

Третий конструктивный вариант отличается от предыдущих тем, что работой платы полностью управляет ПЛК SAB80c517 фирмы Siemens, у которого имеется резидентная память программ объемом 32 Кбайта, резидентная память данных объемом 2304 байта и встроенный 10-разрядный АЦП с временем преобразования около 10 мкс. Наличие ОЗУ с довольно большим объемом памяти позволяет организовать запись результатов измерений в буферную память и чтение ее по мере заполнения блоками. Такой механизм обмена данными между платой и центральным процессором исключает влияние временных задержек процессора на запросы прерывания. Более быстродействующий АЦП позволяет снизить длительность однократного измерения до приблизительно 30 мкс. Кроме этого, наличие у АЦП двенадцати мультиплексируемых входов позволяет осуществлять дискретизацию сигналов не только с электромагнитных датчиков, но также и с резисторных датчиков или датчиков генераторного типа.

В пятой главе изложены вопросы программно-аппаратной реализации семейства виртуальных приборов, предназначенных для контроля технологических параметров и процессов. Их конструктивную основу составляет одна из рассмотренных в предыдущей главе плат сбора данных. В состав семейства входят многоканальный осциллограф, мультиметр, многоканальный металлосчетчик, спектроанализатор, анализатор нестационарных процессов.

Многоканальный осциллограф предназначен для измерения и анализа быстро изменяющихся во времени процессов. В отличие от существующих виртуальных многоканальных осциллографов, в которых входной величиной является электрические напряжение или ток, данный осциллограф позволяет непосредственно измерять как характеристики электромагнитных процессов (напряжение, ток, индукция магнитного поля), так и характеристики механических процессов (перемещения, вибрации, ударные воздействия, линейные и угловые скорости и т.д.). Управление работой осциллографа, включающее в себя установку режимов измерений, временного шага опроса датчиков, формата графически представляемых данных, режимов просмотра и анализа фрагментов осциллограмм, параметров ждущего режима и т.д., осуществляется посредством меню и «горячих» клавиш. Вид основного меню программы «Многоканальный осциллограф» представлен на рис.

Многоканальный мультиметр (рис.76) предназначен в основном для измерения физических величин, слабо изменяющихся со временем или не изменяющихся совсем. Такими величинами, в частности, являются толщина диэлектрических слоев на металлическом основании, толщина металлических фольг, расстояние между датчиком и металлическим объектом, геометрические размеры объекта, величина постоянного электрического тока и т.д. Кроме этого, мультиметр используется для решения задач, связанных с оценкой погрешности датчиков и определением корректирующих поправок, а также для измерения узловых точек при проведении операции градуировки.

Многоканальный металлосчетчик (рис7) предназначен для обнаружения и счета металлических включений в потоке сыпучих сред или технологических жидкостей. В качестве детекторов используются вихретоковые датчики. С помощью прибора можно одновременно по семи каналам измерить частоту появления металлических объектах в зонах контроля, общее их количество за определенный промежуток времени по каждому из каналов, причем детектирование ферромагнитных и неферромагнитных объектов осуществляется раздельно.

Спектроанализатор предназначен для измерений временных и спектральных характеристик механических и электромагнитных процессов, обладающих определенной временной периодичностью. К таким процессам, в частности, можно отнести вибрации электромеханических объектов, обусловленные вращением или возвратно-поступательным движением подвижных частей объекта;

затухающие колебания механических систем, вызванные кратковременным силовым воздействием;

низкочастотные электромагнитные поля рассеяния трансформаторов, создаваемые протекающими по их обмоткам электрическими токами, а также множество других процессов. Вычисление спектральных характеристик осуществляется на основе быстрого преобразования Фурье. Кроме амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик, определяются спектральные плотности мощности и кепстры, а также автокорреляционные функции и функции взаимной корреляции для сигналов, полученных от разных датчиков. Имеется возможность осуществить цифровую фильтрацию, для чего используется «оконные» функции Ханна, Блэкмана, Хэмминга, Гаусса и Данцоша.

Анализатор нестационарных процессов предназначен в основном для решения задач, требующих измерений характеристик объекта при переходе его из одного стационарного состояния в другое. Среди таких задач можно в первую очередь выделить измерение параметров вибраций при разгоне и торможении двигателей, измерение фазных токов при включении и выключении напряжения питания в электродвигателях и трансформаторах, измерение характеристик затухающих колебаний механических систем, а также человеческой речи и так далее. Основной метод обработки и анализа нестационарных процессов основан на применении весовых функций, способствующих выделению квазистационарных или соответствующих определенным изолированным событиям временных участков (временных окон или кадров).

Путем перемещения весовой функции выделяются соприкасающиеся или частично перекрывающиеся дискретно-временные последовательности, в результате Фурье-преобразования которых можно получить информацию об изменениях соответствующего спектра во времени. Результаты такой обработки выводятся на экран монитора в виде трехмерных графиков.

В шестой главе рассмотрены вопросы, связанные с разработкой методов и средств функциональной диагностики электрических машин и автомобильных двигателей.

Функциональная диагностика электрических машин (двигателей, генераторов, трансформаторов) основывается на сравнительном анализе диагностических параметров испытуемого объекта и объекта, условно принятого за эталон. В качестве последнего обычно принимается объект на начальном этапе его эксплуатации или после капитального ремонта. Из диагностических параметров, как показывает анализ литературных данных, наиболее информативными являются фазные токи и напряжения, вибрации корпуса, радиальные и осевые перемещения вала, акустический шум, химический состав охлаждающих и смазочных веществ.

Электрические машины относятся к достаточно сложным объектам функциональной диагностики. Их техническое состояние можно определить, лишь получив полную информацию о диагностических параметрах всех узлов и элементов, образующих диагностируемый объект. Взаимосвязь этих элементов такова, что нарушения в работе одного из них могут повлиять на диагностические параметры, характеризующие состояние других элементов.

Это может сильно усложнить поиск дефектного узла или привести к ошибкам в оценке технического состояния объекта. Так, например, возникновение межвитковых и межфазных замыканий в обмотках электрической машины приводит к появлению в ее спектрах фазных токов высокочастотных гармоник.

Наличие дефектов в подшипниковом узле электродвигателя или нарушения центровки вала приводимого им механизма вызывают периодические изменения момента сопротивления, что также приводит к искажению спектров фазных токов, в частности, в них появляются гармоники с комбинированными частотами.

Амплитуда этих гармоник зависит от степени проявления дефекта, а также от напряжения питания. Если качество сетевого напряжения невысокое, что может быть вызвано, например, подключением к сети импульсных блоков питания большой мощности или другого энергоемкого оборудования, то спектральный состав фазных напряжений сильно отличается от идеального, в нем появляются высокочастотные гармоники. Таким образом, при наличии нескольких источников, вызывающих похожие изменения диагностических параметров, дать однозначную оценку технического состояния объекта с указанием конкретного дефектного узла, практически очень сложно. Поэтому необходимы комплексные измерения максимально полной совокупности диагностических параметров. При этом измерения большинства из них должны проводиться одновременно, что предполагает полную синхронизацию работы всех измерительных устройств.

Серьезные затруднения при решении такой задачи может вызвать следующее обстоятельство. Многие из диагностических параметров отличаются между собой по физической природе, их измеряют разными методами, используя разные датчики и измерительные устройства, осуществляющие преобразование сигналов с датчиков. Если, например, вибрацию измерять пьезоэлектрическими датчиками, электрические токи - с помощью шунтов, а поля рассеяния - магнитомодуляционными преобразователями, то обеспечить синхронизацию в работе всех используемых измерительных устройств и осуществить ввод результатов измерений в компьютер может оказаться очень непросто. Решение проблемы видится в использовании многоканальных и многофункциональных устройств, способных с помощью какого-то одного типа датчиков измерять большую совокупность различных физических величин, характеризующих техническое состояние объектов. Такими широкими функциональными возможностями, кроме датчиков резисторного типа, обладают лишь электромагнитные датчики. С их помощью можно осуществлять измерения практически всех, наиболее значимых диагностических параметров, в том числе вибраций, фазных токов и напряжений, а также характеристик акустических волн и температуры.

Кроме перечисленных диагностических параметров дополнительную информацию о состоянии объекта могут нести его поля рассеяния.

Экспериментально с помощью магнито-индуктивных и индукционно индуктивных датчиков было доказано, что спектры полей рассеяния и создающих эти поля электрических токов имеют очень схожий характер. Это дает основание для оценки технического состояния электромеханических объектов использовать в качестве диагностических параметров поля рассеяния как замену или как дополнение другим диагностическим параметрам - фазным токам и напряжениям. В ряде задач по диагностике электрических машин использование в качестве диагностических параметров полей рассеяния более предпочтительно, чем фазных токов. Например, при диагностике автомобильных генераторов, большинство из которых имеет на выходе встроенные выпрямительные диоды, измерить индуцируемый в обмотках генератора переменный ток не представляется возможным без его демонтажа. Анализ же пульсаций выпрямленного тока позволяет обнаружить лишь серьезные дефекты типа коротких замыканий в диодах или обрывов обмоток генератора.

Спектральный анализ полей рассеяния генератора позволяет получить необходимую информацию для обнаружения более слабо проявляющихся дефектов, например, межвитковых замыканий.

Разработанные нами приборы для функциональной диагностики электрических машин выполнены в двух конструктивных вариантах. Первый вариант изготовлен на основе платы сбора данных, размещаемой в разъеме системной магистрали персонального компьютера. Этот вариант предназначен для диагностирования оборудования в стационарных условиях, например, в испытательных стендах на предприятиях, производящих соответствующую продукцию (электродвигатели, вентиляторы, компрессоры, генераторы и т.д).

Второй вариант изготовлен в виде портативного микропроцессорного прибора, работающего совместно с компьютером типа «Ноутбук» или автономно.

Автономный режим работы позволяет обеспечить сбор и хранение диагностической информации в течение необходимого времени в памяти прибора с последующей передачей ее в персональный компьютер. В основном этот прибор предназначен для диагностирования электрических машин в условиях, когда транспортировка объекта контроля к испытательному стенду нецелесообразна или невозможна.

Разработанное для диагностического комплекса программное обеспечение включает в себя часть программ, обеспечивающих функционирование виртуальных приборов, в частности, программ «Спектроанализатор» и «Анализатор нестационарных процессов», а также большинство сервисных программ. Для удобства анализа измерительной информации в программе «Спектроанализатор» реализован многооконный интерфейс, позволяющий формировать на экране монитора сразу несколько рабочих окон. В них можно выводит спектры и осциллограммы измеряемых величин, а именно вибраций, электрических токов, напряжений, полей рассеяния. С тем, чтобы иметь возможность обнаруживать небольшие отличия в диагностической информации, полученной от испытуемого и эталонного объектов, предусмотрен вывод в каждое из окон двух графиков, а также дополнительной информации, включающей в себя координаты графиков в точке нахождения курсора, амплитуду и частоту основной гармоники, амплитудные значения первой и второй производных измеряемой величины и т.д. В качестве примера на рис.8 приведены спектры вибраций, фазного тока и поля рассеяния электродвигателя форвакуумного насоса.

Дополнительную информацию, позволяющую уточнить вид дефекта, можно получить из измерений диагностических параметров в нестационарных режимах работы электрической машины, в частности, при ее выбеге или разбеге.

Так, например, изменения в спектре вибросигнала электродвигателя могут быть обусловлены как дефектами подшипникового узла, так и наличием высших гармоник у существующего в воздушном зазоре электромагнитного поля.

Разделить эти две причины можно, проводя измерения вибраций сразу после отключения двигателя от цепи питания, то есть при выбеге двигателя, когда влияние электромагнитных полей сведено к минимуму. С другой стороны, проводя измерения токов или полей рассеяния сразу после включения двигателя, когда он еще не набрал скорость, можно получить информацию о параметрах двигателя при нахождении его в трансформаторном режиме.

Решение этих задач производится с помощью программы «Анализатор нестационарных процессов».

Важным объектом диагностики является автомобильный двигатель и ряд других узлов, обеспечивающих нормальное функционирование автомобиля.

Для определения их технического состояния широко используются портативные мотор-тестеры, работой которых, как правило, управляют микропроцессоры.

Функциональные возможности таких мотор-тесторов довольно широкие, что соответственно отражается и на их цене. Снизить стоимость и одновременно сохранить широкие функциональные возможности можно, если использовать для измерения различных диагностических параметров датчики какого-то одного типа. В этом случае измерительная цепь, осуществляющая преобразование измеряемой величины в цифровой код, является общей для всех датчиков, что существенно упрощает конструкцию прибора, а значит и его стоимость. Если же необходимо проводить измерения несколькими датчиками одновременно, то в этом случае используется режим временного мультиплексирования, при котором датчики подключаются к измерительной цепи в соответствие с заданным алгоритмом работы прибора.

В разработанном нами мотор-тестере источниками диагностической информации являются электромагнитные датчики, а конструктивную основу прибора составляет рассмотренное в третьей главе многофункциональное микропроцессорное устройство, изготовленное на основе ПЛК SAB 80с фирмы Siemens. Основными узлами автомобиля, которые можно диагностировать с помощью мотор-тестера, являются система зажигания, генератор, стартер, форсунки инжекторного двигателя, аккумуляторная батарея, а также все механические узлы, являющиеся источниками вибраций.

Диагностирование системы зажигания осуществляется на основе бесконтактного измерения токов в первичной и вторичной обмотках катушки зажигания с помощью индукционно-индуктивных датчиков. Дополнительную информацию можно получить, измеряя магнито-индуктивным датчиком поле рассеяния вблизи катушки зажигания. Диагностирование генератора, а также форсунок инжекторного двигателя и стартера осуществляется на основе измерений магнитных полей с помощью магнито-индуктивных датчиков. Измерение напряжения аккумуляторной батареи осуществляются непосредственной подачей его через делитель и мультиплексор на вход АЦП и записью результатов преобразования в оперативную память прибора.

Мотор-тестер может функционировать как автономно, так и под управлением компьютера. В первом случае результаты измерений записываются в статическую память для длительного хранения и передаются в компьютер для последующей обработки по мере необходимости. Во втором случае обмен данными происходит в реальном времени. Это включает в себя не только передачу данных из тестера в компьютер и их обработку с представлением результатов на экране монитора в графической форме, но и передачу из компьютера в тестер команд, обеспечивающих изменение настроек прибора и выполнение некоторых специальных функций. В качестве примера на рис.9 приведен вид основного меню программы для внешнего управления мотор-тестером. В графических окнах представлены результаты измерения тока в первичной цепи катушки зажигания (слева) и поля рассеяния генератора (справа).

В седьмой главе изложены вопросы, связанные с разработкой конструкций, методик измерений и программного обеспечения для автоматизированных приборов, управляемых персональным компьютером.

Рассмотренные в пятой главе виртуальные приборы для контроля технологических процессов представляют собой с конструкторско технологической точки зрения простейший вариант автоматизированного контрольно-измерительного прибора. Кроме компьютера, платы расширения и набора датчиков, никаких дополнительных электромеханических или электронных блоков не требуется. Разумеется, это позволяет решать ограниченный, хотя и довольно широкий круг задач. В то же время существует немало физических величин, характеризующих технологические процессы и, следовательно, требующих измерения и контроля, которые можно измерить лишь косвенным способом на основе некоторой совокупности прямых измерений. Как правило, такие измерения простыми средствами не решаются и кроме платы расширения и датчиков необходимы дополнительные блоки, осуществляющие те или иные преобразования или создающие необходимые условия для измерений нужной физической величины. Тем не менее, наличие платы сбора данных с соответствующим драйвером и библиотеки прикладных программ позволяет до минимума сократить время на разработку и изготовление любого автоматизированного прибора, в котором источниками измерительной информации являются электромагнитные датчики.

Одним из таких приборов является автоматизированный вискозиметр предназначенный для контроля динамической вязкости жидких и пастообразных веществ. Для определения вязкости используется вибрационный метод, основанный на измерении затухающих колебаний крутильного маятника, помещенного в измеряемое вещество, и расчете коэффициента затухания, пропорционального вязкости вещества. В состав устройства входят измерительное устройство, включающее в себя крутильный маятник с индуктивным датчиком угла поворота и блок контроля температуры, плата сбора данных и персональный компьютер.

Пакет прикладных программ обеспечивает сбор данных с измерительного устройства, представление результатов измерений в графической и текстовой формах, запись результатов измерений в файл и чтение из файла, а также ряд сервисных функций, доступ к большинству из которых осуществляется по паролю. Эти сервисные функции дают возможность осуществить градуировку прибора, произвести необходимые изменения в базе данных и протоколе измерений, сменить настройки прибора и формат выводимой на экран монитора информации. Смена настроек прибора предполагает изменение частоты опроса датчиков, количества опрашиваемых измерительных каналов, коэффициента усиления выходного усилителя, параметров ждущего режима, пароля, а также включение/выключение цифровых фильтров, предназначенных внешнего управления мотор-тестером. В графических окнах представлены результаты измерения тока в первичной цепи катушки зажигания (слева) и поля рассеяния генератора (справа).

В седьмой главе изложены вопросы, связанные с разработкой конструкций, методик измерений и программного обеспечения для автоматизированных приборов, управляемых персональным компьютером.

Рассмотренные в пятой главе виртуальные приборы для контроля технологических процессов представляют собой с конструкторско технологической точки зрения простейший вариант автоматизированного контрольно-измерительного прибора. Кроме компьютера, платы расширения и набора датчиков, никаких дополнительных электромеханических или электронных блоков не требуется. Разумеется, это позволяет решать ограниченный, хотя и довольно широкий круг задач. В то же время существует немало физических величин, характеризующих технологические процессы и, следовательно, требующих измерения и контроля, которые можно измерить лишь косвенным способом на основе некоторой совокупности прямых измерений. Как правило, такие измерения простыми средствами не решаются и кроме платы расширения и датчиков необходимы дополнительные блоки, осуществляющие те или иные преобразования или создающие необходимые условия для измерений нужной физической величины. Тем не менее, наличие платы сбора данных с соответствующим драйвером и библиотеки прикладных программ позволяет до минимума сократить время на разработку и изготовление любого автоматизированного прибора, в котором источниками измерительной информации являются электромагнитные датчики.

Одним из таких приборов является автоматизированный вискозиметр предназначенный для контроля динамической вязкости жидких и пастообразных веществ. Для определения вязкости используется вибрационный метод, основанный на измерении затухающих колебаний крутильного маятника, помещенного в измеряемое вещество, и расчете коэффициента затухания, пропорционального вязкости вещества. В состав устройства входят измерительное устройство, включающее в себя крутильный маятник с индуктивным датчиком угла поворота и блок контроля температуры, плата сбора данных и персональный компьютер.

Пакет прикладных программ обеспечивает сбор данных с измерительного устройства, представление результатов измерений в графической и текстовой формах, запись результатов измерений в файл и чтение из файла, а также ряд сервисных функций, доступ к большинству из которых осуществляется по паролю. Эти сервисные функции дают возможность осуществить градуировку прибора, произвести необходимые изменения в базе данных и протоколе измерений, сменить настройки прибора и формат выводимой на экран монитора информации. Смена настроек прибора предполагает изменение частоты опроса датчиков, количества опрашиваемых измерительных каналов, коэффициента усиления выходного усилителя, параметров ждущего режима, пароля, а также включение/выключение цифровых фильтров, предназначенных для предварительной обработки исходной информации. В качестве примера на рис.10 представлен вид основного меню программы «Вискозиметр». Прибор был изготовлен по заказу ОАО Ульяновская кондитерская фабрика «Волжанка» и используется для контроля вязкости шоколадной массы.

Автоматизированный измеритель влажности предназначен для определения процентного содержания влаги в веществе. Для определения влажности используется термовесовой метод, заключающийся в измерении массы пробы в исходном состоянии и в состоянии полного удаления влаги, полученном в результате сушки инфракрасным излучением. В состав прибора кроме персонального компьютера входят весовое устройство на базе четырех силоизмерительных преобразователей индуктивного типа;

источник инфракрасного излучения для сушки вещества с соответствующим блоком управления;

плата сбора данных, комплект сменных кювет для проб вещества.

Пакет прикладных программ обеспечивает настройку прибора и установку режимов измерений;

сбор данных, их статистическую обработку и представление результатов на экране монитора;

запись результатов в файл для длительного хранения и их чтение из файла;

управление включением и выключением источника инфракрасного нагрева;

градуировку датчиков и т.д. В измерителе влажности, как и в описанном выше вискозиметре, используются два уровня доступа к ресурсам прибора. Полностью все ресурсы доступны лишь после набора пароля, в противном случае можно лишь провести измерения и ознакомиться с протоколом, куда автоматически заносятся все результаты измерений. Без знания пароля невозможно внести изменения в настройки прибора или как-то исправить содержимое файла с протоколом результатов измерений. Все это, в конечном итоге, способствует надежности и объективности технологического контроля влажности. В качестве примера на рис.11 приведен вид основного меню программы «Измеритель влажности».

Прибор был изготовлен по заказу ОАО Ульяновская кондитерская фабрика «Волжанка» и используется для контроля влажности печения, конфет и теста.

для предварительной обработки исходной информации. В качестве примера на рис.10 представлен вид основного меню программы «Вискозиметр». Прибор был изготовлен по заказу ОАО Ульяновская кондитерская фабрика «Волжанка» и используется для контроля вязкости шоколадной массы.

Автоматизированный измеритель влажности предназначен для определения процентного содержания влаги в веществе. Для определения влажности используется термовесовой метод, заключающийся в измерении массы пробы в исходном состоянии и в состоянии полного удаления влаги, полученном в результате сушки инфракрасным излучением. В состав прибора кроме персонального компьютера входят весовое устройство на базе четырех силоизмерительных преобразователей индуктивного типа;

источник инфракрасного излучения для сушки вещества с соответствующим блоком управления;

плата сбора данных, комплект сменных кювет для проб вещества.

Пакет прикладных программ обеспечивает настройку прибора и установку режимов измерений;

сбор данных, их статистическую обработку и представление результатов на экране монитора;

запись результатов в файл для длительного хранения и их чтение из файла;

управление включением и выключением источника инфракрасного нагрева;

градуировку датчиков и т.д. В измерителе влажности, как и в описанном выше вискозиметре, используются два уровня доступа к ресурсам прибора. Полностью все ресурсы доступны лишь после набора пароля, в противном случае можно лишь провести измерения и ознакомиться с протоколом, куда автоматически заносятся все результаты измерений. Без знания пароля невозможно внести изменения в настройки прибора или как-то исправить содержимое файла с протоколом результатов измерений. Все это, в конечном итоге, способствует надежности и объективности технологического контроля влажности. В качестве примера на рис.11 приведен вид основного меню программы «Измеритель влажности».

Прибор был изготовлен по заказу ОАО Ульяновская кондитерская фабрика «Волжанка» и используется для контроля влажности печения, конфет и теста.

Одно из назначений следующего прибора - многофункционального измерительного комплекса - заключается в измерении геометрических размеров объектов несложной формы с целью контроля возможного выхода размеров за пределы технологических допусков. Измерение размеров осуществляется с помощью индуктивных и вихретоковых датчиков. Комплекс может работать как в автономном режиме с выводом результатов измерений на пульт управления, так и совместно с компьютером. В последнем случае результаты измерений передаются в компьютер с помощью интерфейса RS-232 и вместе с графическими образами измеряемых объектов выводятся на экран монитора.

Аналогичную задачу решает микропроцессорное устройство контроля геометрических параметров кремниевых мембран, являющихся чувствительными элементами полупроводниковых 'гензодатчиков. Для определения толщины и площади мембран используется метод, основанный на регистрации пространственного распределения интенсивности рентгеновского излучения, прошедшего через пластину с мембранами. Приемником является рентгеновский координатный детектор, представляющий собой металлический цилиндр, заполненный газовой смесью 90%Хе+10%СН4. По оси цилиндра натянута нить-анод, концы которой подключены к зарядовым предусилителям.

При поглощении рентгеновского кванта происходит кратковременный разряд, причем в зависимости от места поглощения кванта на оси детектора электрические импульсы на входах предусилителей сдвинуты во времени относительно друг друга. Этот временной сдвиг преобразуется в амплитуду импульса, а затем в цифровой код и далее в координату. Таким образом, измерительная цепь прибора имеет много общего со схемой преобразования параметров электромагнитных датчиков. Используя линейный координатный детектор, можно за одно измерение получить информацию о геометрических параметрах нескольких мембран и определить на ее основе не только усредненные значения толщины отдельных мембран, но и распределение толщины по площади мембран, а также их линейные размеры в направлении оси координатного детектора.

Важной задачей в электронной промышленности является технологический контроль содержания примесных атомов в полупроводниковых пластинах. Одним из методов определения типа прмесных атомов и их концентрации является метод оптической спектроскопии.

Разработанный нами автоматизированный спектрометр предназначен для решения именно таких задач. Управление работой спектрометра, включающей в себя развертку по длинам волн, регистрацию и обработку экспериментальных данных, осуществляет компьютер. Программное обеспечение позволяет осуществить ввод исходной информации об объекте (тип образца, его толщина, коэффициент отражения) и режиме измерений (начальное и конечное положение барабана развертки спектра, шаг сканирования и количество отсчетов для усреднения), сформировать управляющие импульсы для шагового двигателя и осуществить статистическую обработку результатов измерений.

В конце главы рассмотрены индуктивные измерительные преобразователи с двумя степенями свободы, которые находят применение в устройствах дистанционного управления исполнительными механизмами, а также в качестве манипуляторов, управляющих перемещениями курсора на экране монитора. Разработаны три типа манипуляторов. Принцип действия одного из них основан на зависимости выходного сигнала устройства от ориентации манипулятора относительно магнитного поля Земли. Его основу образуют два индуктивных датчика магнитного поля. Управление положением курсора осуществляется наклоном манипулятора вправо/влево и вперед/назад.

Достоинство данного устройства в том, что в нем отсутствуют механически перемещаемые узлы, являющиеся самым уязвимым местом с точки зрения надежности. Принцип действия двух других манипуляторов основан на зависимости изменений сопротивления магнитной цепи от наклона управляющей рукоятки или управляющей клавиши. Достоинство этих манипуляторов - в их конструктивной простоте и небольших габаритных размерах, позволяющих встраивать их в клавиатуру компьютера.

В Приложении приведены фрагменты драйвера для платы сбора данных и управляющей программы для микроконтроллера, а также копия акта передачи разработанных для Ульяновской кондитерской фабрики «Волжанка» автоматизированных вискозиметра и измерителя влажности.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ В результате выполнения комплекса научно-технических исследований осуществлено решение научной проблемы, имеющей важное народно хозяйственное значение - разработаны теоретические и конструкторские основы построения многоканальных и многофункциональных средств контроля и диагностики, в которых источниками измерительной информации являются датчики электромагнитного типа с улучшенными техническими характеристиками.

Основные результаты и выводы, полученные при решении данной проблемы, заключаются в следующем:

1. Теоретически обоснован и технически реализован новый способ преобразования параметров электромагнитных датчиков, позволяющий значительно повысить их быстродействие и чувствительность. Способ основан на зависимости длительности переходного процесса, возбуждаемого в цепи датчика кратковременным импульсом тока, от параметров датчика.

2. Доказано, что включение в цепь электромагнитного датчика нелинейного элемента - диода с большим временем восстановления обратного сопротивления - приводит к значительному увеличению чувствительности первичного преобразователя. Повышение чувствительности достигнуто за счет изменения характера переходного процесса, обусловленного влиянием инжекции неосновных носителей заряда в базу диода и последующим их рассасыванием.

3. Разработаны конструкции индуктивных, магнито-индуктивных, вихретоковых и индукционно-индуктивных датчиков, дающих возможность измерять широкий комплекс различных физических величин. На примере индукционно-индуктивных датчиков доказана возможность применения нового способа преобразования не только для параметрических датчиков, но и для датчиков генераторного типа.

4. Разработан новый способ интегрирования выходного сигнала индукционно- индуктивных датчиков. Способ основан на дискретизации исходного сигнала и Фурье-преобразовании дискретно-временной последовательности, математической обработке полученных трансформант и восстановлении сигнала с помощью обратного Фурье-преобразования.

5. На основе математической модели измерительного устройства, реализующего новый способ преобразования параметров электромагнитных датчиков, произведена оценка инструментальной составляющей погрешности.

6. На основе расчета магнитного потокосцепления системы «вихретоковый датчик - плоская проводящая поверхность» оценена методическая погрешность, обусловленная конечными размерами объекта измерения.

7. Разработаны базовые варианты конструкций микропроцессорных измерительных устройств и плат сбора данных для персональных компьютеров, составляющих основу автоматизированных средств функциональной диагностики и контроля технологических параметров и процессов.

8. Для решения задач технологического контроля и диагностики разработан комплекс управляющих, прикладных и сервисных программ, многие из которых имеют универсальный характер. Это позволяет использовать большинство из программ разработчикам других автоматизированных средств измерения и контроля.

9. Разработан и технически реализован новый принцип построения виртуальных приборов, заключающийся во включении в конструкцию платы сбора данных преобразователя параметров электромагнитных датчиков и разработке соответствующего программного обеспечения, в максимальной степени адаптированного к решению типовых задач, присущих данному классу датчиков. Это позволило создать широкий спектр приборов, обладающих полной функциональной законченностью, не требующей от пользователя разработки каких-либо дополнительных согласующих устройств. Среди них:

-многоканальный осциллограф;

-мультиметр;

-многоканальный металлодетектор;

-многоканальный спектроанализатор;

-анализатор нестационарных процессов.

10. Разработаны управляемые микроконтроллерами портативные приборы для диагностики электрических машин и автомобильных двигателей, с помощью которых решаются задачи сбора диагностической информации одновременно по нескольким каналам, хранения результатов измерения в памяти прибора и передачи их по мере необходимости в персональный компьютер для последующей обработки.

11. Теоретически обоснована и технически реализована возможность в дополнение к известным диагностическим параметрам при оценке технического состояния электрических машин использовать спектральные и временные характеристики их полей рассеяния.

12. Разработан комплекс автоматизированных приборов для решения задач контроля технологических параметров и процессов, включающий в себя следующие:

-вискозиметр для измерения вязкости жидких и пастообразных веществ;

-измеритель влажности для контроля содержания влаги в веществе;

-микропроцессорный комплекс для контроля геометрических размеров несложной формы на предмет выхода размеров за пределы технологических допусков;

-устройство для измерений геометрических параметров кремниевых мембран на основе рентгеновского координатного детектора;

-спектрометр для измерений спектров примесного поглощения полупроводников и определения типа и концентрации примесных атомов.

13. Разработаны манипуляторы индуктивного типа, предназначенные для управления перемещениями курсора на экране монитора, а также для управления другими объектами с двумя степенями свободы.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Смирнов В. И. Методы и средства функциональной диагностики и контроля технологических процессов на основе электромагнитных датчиков. Ульяновск: УлГТУ, 2001. - 190 с.

2. Смирнов В. И., Жарков В. В. Новый способ преобразования параметров индуктивных датчиков и измерительные устройства на его основе// Датчики и системы. - 2001. - № 4. - с. 19-22.

3. Смирнов В. И. Виртуальные приборы на основе индуктивных датчиков// Датчики и системы. -2001. - № 1. - с. 26-30.

4. Смирнов В. И. Индукционно-индуктивные датчики и способ интегрирования их выходных сигналов // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2001. - № 4. - с. 47-49.

5. Смирнов В. И., Жарков В. В., Ильин М. Г. Автоматизированный комплекс для диагностики функционального состояния электрических машин// Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2000. - № 7. -с.

81-83.

6. Смирнов В. И., Сергеев В. А., Абакумов В. И., Ильин М. Г.

Специализированная сенсорная плата расширения // Приборы и системы управления. - 1999.- № 10. - с. 57-58.

7. Смирнов В. И., Сергеев В. А., Жарков В. В Автоматизированный вибродиагностический комплекс // Автоматизация и современные технологии. - 1999. -№ 10. -с. 6-8.

8. Смирнов В. И., Сергеев В. А., Жарков В. В., Ильин М. Г.

Многофункциональный измерительный комплекса/Измерительная техника. 2000. -№1. -с. 6-7.

9. Смирнов В. И., Жарков В. В., Ильин М. Г. Автоматизированный вискозиметр. // Измерительная техника. - 2000.- № 6- с. 46-47.

Ю.Смирнов В. И. Индуктивный датчик магнитного поля// Метрология. 1999.-№10.-с. 35-37.

Н.Смирнов В.И. Устройство управления курсором // Приборы и системы управления. - 1999. - №4 - с. 55.

12.Смирнов В.И., Ильин М. Г. Индуктивный мини-джойстик // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2000. - №5. - с. 43.

13.Смирнов В. И. Контроль геометрических параметров кремниевых мембран с помощью рентгеновского координатного детектора// Электронная промышленность. - 1991. - № 5. - с. 81.

14.Копылов А. А., Медведев С. П., Смирнов В. И. Автоматизированный спектрометр для низкотемпературных измерений в области 0,8 - 45 мкм // Приборы и техника эксперимента. -1983. - № 2. - с. 166-167.

15.Смирнов В. И. Измерительные преобразователи с двумя степенями свободы и их использование в устройствах дистанционного управления // Научно-технический калейдоскоп. - 2001. № 2. - с. 115- 16.Смирнов В. И. Компьютерная диагностика электродвигателей// х Научно-технический калейдоскоп. - 2000. - № 1. - с. 61-64.

17.Смирнов В. И. Новый способ преобразования параметров датчиков индуктивного и резисторного типов: возможности и перспективы.// Вестник УлГТУ. Серия "Приборостроение, электроника, энергетика". - 1998. - №4. -с. 39 44.

18. Смирнов В. И., Жарков В. В. Измерение полей рассеяния электрических машин// Электроника, приборостроение, электроэнергетика. Сборник научных трудов. - Ульяновск: Изд-во УлГТУ. - 2000. - с.61-63.

19.Смирнов В. И., Абакумов В. И., Жарков В. В., Ильин М. Г. Новая схема первичного преобразователя и виртуальный прибор на ее основе.// Ученые записки УГУ. Серия физическая. - Ульяновск: Изд-во УГУ. - 1999. -с 88-90.

20.Смирнов В. И., Жарков В. В. Использование спектральных методов для определения частоты вращения и величины радиальных биений объектов роторного типа // Труды Ульяновского научного центра "Ноосферные знания и технологии".- Ульяновск: Изд-во УлГТУ. - 1999.- вып.1. - с. 140-142.

21.Смирнов В. И., Абакумов В. И., Жарков В. В., Ильин М. Г.

Автоматизированный измеритель влажности // Радиоэлектронная техника.

Сборник научных трудов. - Ульяновск: Изд-во УлГТУ. - 1999. - с.29-31.

22.Смирнов В. И., Абакумов В. И., Жарков В. В., Ильин М. Г.

Микропроцессорное устройство контроля геометрических размеров// Радиоэлектронная техника. Сборник научных трудов. - Ульяновск: Изд-во УлГТУ-1999.-с. 27-29.

23.Смирнов В. И., Жарков В. В. Измерение параметров электродвигателя в нестационарных режимах работы// Радиоэлектронная техника. Сборник научных трудов. - Ульяновск: Изд-во УлГТУ. - 2000. - с.53-56.

24.Смирнов В. И., Ильин М. Г. Контроллер измерительного устройства // Радиоэлектронная техника. Сборник научных трудов. - Ульяновск: Изд-во УлГТУ.-2000.-с.56-59.

25.Вернер М., Смирнов В. И. Автоматизированный спектрометр для исследования оптического поглощения полупроводников. // Известия ЛЭТИ.

Сборник научных трудов. - 1982. - Вып. 302 - с. 48-50.

26.Патент РФ № 2168728 Способ и устройство преобразования сигналов от датчиков индуктивного и резисторного типов / Смирнов В. И. Опубл. в БИ. -2001. № 27.Патент РФ № 2125708 Индуктивное устройство для измерения: линейных перемещений / Смирнов В. И. Опубл. в БИ.-1999.- № 28.Патент РФ № 2151420 Способ ввода координат курсора /Смирнов В. И.

Опубл. в БИ. - 2000. -№17.

29.Патент РФ № 2052765 Устройство для измерения линейных перемещений / Смирнов В. И., Сергеев В. А., Смирнова А. М. Опубл. в БИ.. 1996.-№2.

30.Смирнов В. И. Новый метод преобразования параметров индуктивных датчиков и измерительные устройства, реализованные на его основе // Тезисы 13-ой Международной НТК «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления (Датчик-2001)» - Гурзуф. - 2001.

31. Смирнов В. И. Виртуальные приборы на основе датчиков индуктивного и вихретокового типов // Материалы международной НТК «Методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации. Измерения 2000».- Пенза. - 2000. - с. 53-54.

32.Смирнов В. И. Анализ переходных процессов в измерительных преобразователях индуктивного типа // Труды международной НТК «Логико алгебраические методы в науке, технике и экономике». -Ульяновск. - 2000. -с.

106.

33. Смирнов В. И., Ильин М. Г. Микропроцессорные средства функциональной диагностики на основе электромагнитных датчиков // Сборник материалов Всероссийской НТК «Методы и средства измерения в системах контроля и управления». - Пенза. - 2001. - с. 104-106.

34.Смирнов В. И. Использование полей рассеяния электрических машин в качестве диагностических параметров // Тезисы докладов 8-ой международной НТК «Оптические, радиоволновые и тепловые методы и средства контроля качества материалов, промышленных изделий и окружающей среды».-Ульяновск.

- 2000. - с. 152.

35.Смирнов В. И., Абакумов В. И., Жарков В. В., Ильин М. Г. Диагностика функционального состояния автомобиля // Материалы международной конференции «Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий».- М.: Изд-во МГТУ «МАМИ». - 1999. - с. 80-81.

36. Смирнов В. И. Автоматизированный измеритель вязкости вибрационного типа // Тезисы докладов Всероссийской НТК «Методы и средства измерений». - Н. Новгород. - 2000. - с. 8.

37.Смирнов В. И. Манипулятор типа «компас» // Тезисы докладов Всероссийской НТК «Информационные технологии в науке, проектировании и производстве». - Н.Новгород. - 2000. - с. 19.

38. Смирнов В. И. Нелинейный элемент в схеме первичного преобразователя для датчиков индуктивного типа // Тезисы докладов международной конференции «Методы и средства преобразования и обработки аналоговой информации».-Ульяновск. - 1999. - с.42.

39.Смирнов В. И. Переходные процессы в цепи электромагнитного датчика, содержащего нелинейный элемент // Тезисы докладов 4-ой Всероссийской НТК «Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем»,- Чебоксары.- 2001.

40.Смирнов В. И. Программно-аппаратный комплекс для диагностики электрических машин // Материалы 3-ей Всероссийской НТК «Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике». -* Чебоксары. - 2000. - с. 93-95.

41. Смирнов В. И. Специализированная плата ввода/вывода для персонального компьютера // Тезисы докладов Всероссийской НТК «Информационные технологии в науке, проектировании и производстве».-Н.

Новгород. - 2000. - с. 18.

42. Смирнов В. И. Способ интегрирования выходного сигнала индукционно-индуктивных датчиков // Труды международной НТК «Логико алгебраические методы, модели, прикладные применения».- Ульяновск. - 2001. -с.

54-55.

43.Смирнов В. И. Средства контроля технологических процессов на основе платы расширения для персонального компьютера // Материалы 2-ой Международной научно-технической конференции «Измерения, контроль, информатизация».- Барнаул. - 2001. - с.287-289.

44.Смирнов В. И. Схема преобразования «индуктивность-код» и ее применение в измерительных системах // Тезисы докладов 2-ой Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем».- Ульяновск. - 1999. - с. 44-45.

45.Смирнов В. И. Устройство для бесконтактного диагностирования электронной аппаратуры // Сборник тезисов 5-ой Российской НТК «Оптические, радиоволновые, тепловые методы и средства контроля качества материалов, изделий и окружающей среды».-Ульяновск. - 1993. - с.58.

46.Смирнов В. И., Сергеев В. А. Многоканальный индуктивный толщиномер // Тезисы докладов 3-ей Всероссийской НТК «Методы и средства измерений физических величин».- Н. Новгород. - 1998. - с.23.

47.Smirnov V. I., Abakumov V. I., Zharkov V. V., Ilyin M. G. Multi-functional virtual device // Proceedings of the International Conference «Ineractive Systems». Ulianovsk. - 1999. - p. 154-155.

Смирнов Виталий Иванович МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ФУНКВДОНАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ И КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ДАТЧИКОВ Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Подписано в печать 31.10.2001. Формат 60x80/16. Бумага писчая.

Усл. печ. л. 2,33. Уч.-изд. л. 2,00. Тираж 100. Заказ ШЪ.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

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.