WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

Зеленский Владимир Анатольевич

РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ И РАЗРАБОТКА МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАННЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Специальность: 05.11.16 – Информационно-измерительные и управляющие системы (промышленность)

Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Москва - 2010

Работа выполнена в Московском государственном университете приборостроения и информатики (МГУПИ)

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Голубятников Игорь Владимирович

Официальные оппоненты:

Лауреат государственной премии, доктор технических наук, профессор Домрачев Вилен Григорьевич Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Савельев Александр Яковлевич доктор технических наук, профессор Слепцов Владимир Владимирович

Ведущая организация:

ЗАО «Научно-исследовательский институт интроскопии МНПО «Спектр»

Защита диссертации состоится 18 мая 2010 г. в 12 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.119.01 при Московском государственном университете приборостроения и информатики по адресу:

107996, г. Москва, ул. Стромынка, д.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета приборостроения и информатики Автореферат разослан «____» ________ 2010 г.

Учёный секретарь диссертационного совета Д 212.119.01, доктор технических наук, профессор Филинов В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Современные атомные, тепловые и гидроэлектростанции, системы добычи и транспортировки углеводородов, химические и металлургические производства, крупные производственные комплексы являются сложными техническими объектами (СТО), функционирующими в условиях значительного износа основного и вспомогательного оборудования. В условиях медленно протекающей модернизации единственной возможностью поддержания работоспособности оборудования является развитие и применение систем мониторинга объекта с целью своевременного и всестороннего анализа происходящих технологических процессов, диагностики состояния и прогнозов поведения в будущем. Необходимость мониторинга подтверждается Концепцией федеральной системы мониторинга критически важных объектов и (или) потенциально опасных объектов инфраструктуры и опасных грузов (принята распоряжением Правительства РФ № 1314-р от 27.08.2005 г.). Другим правоустанавливающим документом является Федеральная целевая программа «Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2010 года», принятая постановлением №1 Правительства РФ от 06.01.2006 г.

Применяемые в промышленности мониторинговые системы, построенные на основе классических информационно-измерительных систем, обладают рядом недостатков. Они разработаны для предприятий определенного профиля, являются узкоспециализированными, ведомственными; подвержены влиянию внешних дестабилизирующих факторов, приводящих к сбоям и отказам; плохо адаптируются к изменению происходящих в объекте процессов, не учитывают влияние человеческого фактора; плохо защищены от несанкционированного преднамеренного или случайного вмешательства в их работу.

Отмеченных недостатков отчасти лишены волоконно-оптические информационно-измерительные системы (ВОИИС). По сравнению с классическими информационно-измерительными системами, ВОИИС обладают повышенной устойчивостью к колебаниям температуры, влажности, электромагнитному и радиационному излучению, стойкостью к химическим воздействиям, характеризуются отсутствием искрообразования, повышенной безопасностью, обеспечивают скрытность передачи данных.

В последние годы основными направлениями научных исследований ВОИИС являются способы получения, передачи и хранения информации в оптическом диапазоне волн, разработка волоконно-оптических датчиков и других компонентов, поддерживающих данные способы, разработка волоконно-оптических систем, интегрированных с объектом управления и контроля, совершенствование методов обработки полученных данных.

Весомый вклад в развитие теории, разработку научных основ создания ВОИИС и их компонентов внесли выдающиеся отечественные и зарубежные ученые: В.И.Бусурин, М.М.Бутусов, И.В.Голубятников, В.М.Гречишников, В.Г.Домрачев, Е.А.Зак, Н.Е.Конюхов, К.Л.Куликовский, Ю.Н.Кульчин, Г.И.Леонович, Т.И.Мурашкина, Ю.Р.Носов, Л.Н.Преснухин, В.В.Слепцов, В.Е.Шатерников, Т.Окоси, К.Окамото, Дж.Гауэр, Д.Гринфилд и др.

В то же время, вопрос промышленного использования ВОИИС недостаточно проработан как в научном, так и в техническом аспекте.

Недостатками существующих ВОИИС являются сложность входящих в их состав компонентов, низкая технологичность, и, как следствие, высокая стоимость, соизмеримая со стоимостью основных функциональных узлов объекта мониторинга. Используются, как правило, дорогостоящие аналоговые первичные преобразователи информации, даже в тех случаях, когда для адекватной работы системы достаточно определить значения параметра в нескольких контрольных точках. Не создано приемлемых способов мультиплексирования волоконно-оптических каналов передачи данных. Определенные трудности возникают при необходимости перестройки структуры мониторинговой системы, изменении алгоритма ее работы, решении задач масштабирования, обработки больших потоков данных.

Таким образом, основным недостатком существующих мониторинговых ВОИИС является сложность реализации их несомненных технических преимуществ в сочетании с приемлемой стоимостью. Данный недостаток не позволяет ВОИИС конкурировать с классическими системами в условиях вынужденной экономии материальных ресурсов.

Поэтому разработка и исследование ВОИИС, сочетающих в себе способность надежно работать в жестких условиях эксплуатации с технологичностью изготовления, гибкостью применения и конкурентной стоимостью, представляет собой серьезную научную проблему, решение которой имеет большое значение для отечественной науки и техники.

Использование результатов работы повышает безопасность эксплуатации СТО, что является существенным вкладом в развитие экономики страны.

Исходя из вышесказанного, тема диссертационного исследования представляется актуальной.

Объект исследования.

Объектом исследования являются волоконно-оптические информационно-измерительные системы мониторинга сложных технических объектов.

Предмет исследования.

Предметом исследования являются способы мультиплексирования бинарных оптических сигналов, датчики и компоненты волоконнооптических систем, реализующие данные способы, а также методы интеллектуальной обработки информации в ВОИИС.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование мультиплексированных волоконно-оптических информационноизмерительных систем, обеспечивающих эффективный и качественный мониторинг параметров сложных технических объектов с одновременной экономией материальных ресурсов на проектирование, внедрение и эксплуатацию систем.

Для достижения указанной цели в диссертационной работе были поставлены и решены следующие задачи:

- сформулированы принципы построения, разработаны структурная схема и математическая модель мультиплексированной ВОИИС;

- разработаны и исследованы способы мультиплексирования бинарных оптических сигналов, базирующиеся на принципах аддитивного и мультипликативного многоуровневого кодирования;

- предложены и исследованы способы организации множественного доступа к волоконно-оптическому каналу передачи данных, основанные на инвариантных к воздействию дестабилизирующих факторов методах кодирования;

- разработаны и исследованы конструктивно простые, технологичные и надежные первичные преобразователи информации для предложенных способов мультиплексирования бинарных оптических сигналов;

- разработаны и исследованы математические модели основных функциональных компонентов мультиплексированных ВОИИС, на основе предложенных моделей выработаны методики определения параметров мультиплексированных систем и алгоритмы синтеза их оптимальных характеристик;

- обоснована целесообразность применения интеллектуальных методов обработки информации в ВОИИС, разработаны модели принятия решений и представления знаний, предложены аппаратные и программные средства для реализации интеллектуальных систем;

- исследованы информационно-энергетические и метрологические характеристики мультиплексированных ВОИИС, выработаны практические рекомендации по разработке волоконно-оптических информационноизмерительных систем и их компонентов;

- выполнены экспериментальные исследования и осуществлена практическая реализация разработанных мультиплексированных ВОИИС мониторинга СТО.

Методы исследования.

Использованы основные положения теории измерений, теории вероятностей и математической статистики, теории передачи сигналов, методы мультиплексирования и кодирования сигналов, методы волоконной и интегральной оптики, методы оптимизации, методы имитационного моделирования на основе сетей Петри.

Научная новизна работы.

Основные научные результаты работы заключаются в следующем:

- впервые сформулированы принципы построения ВОИИС мониторинга СТО, предусматривающие пространственное разделение оптомеханической и электронной части системы, применение конструктивно простых и технологичных бинарных датчиков, мультиплексирование сигналов первичных преобразователей в оптическом диапазоне, применение интеллектуальных методов обработки информации;

- разработаны новые способы и математические модели мультиплексирования бинарных оптических сигналов на основе аддитивного и мультипликативного многоуровневого кодирования;

- предложены и исследованы способы организации множественного доступа датчиков к единому волоконно-оптическому каналу, основанные на инвариантных к воздействию дестабилизирующих факторов методах кодирования;

- разработана оригинальная базовая конструкция бинарного оптомеханического датчика перемещений, отличающаяся надежностью, технологичностью, помехозащищенностью, взаимозаменяемостью основных элементов;

- с помощью имитационной модели на основе аппарата сетей Петри создана методика определения взаимосвязи между структурой объекта, характером протекающих в нем процессов, количеством контролируемых параметров и числом мультиплексированных каналов передачи данных;

- предложены методы интеллектуальной обработки информации для мультиплексированных ВОИИС, разработаны математические модели принятия решений, способы организации базы знаний, аппаратные и программные средства для их реализации.

Практическую ценность работы определяют:

- предложенные способы мультиплексирования бинарных оптических сигналов, разработанные функциональные компоненты, интеллектуальные методы обработки информации, обеспечивающие конкурентные преимущества мультиплексированных ВОИИС мониторинга СТО;

- разработанные конструкции первичных преобразователей информации, предложенные способы кодирования сигналов бинарных оптомеханических датчиков, инвариантные к воздействию дестабилизирующих факторов, методы автоматической коррекции основных погрешностей, определяющие основные эксплуатационные характеристики мультиплексированных ВОИИС;

- разработанная методика выбора числа мультиплексируемых каналов, выполненные расчеты информационно-энергетических и метрологических характеристик, разработанные алгоритмы оптимизации функции преобразования мультиплексоров, которые в силу своей универсальности могут найти применение в смежных областях науки и техники.

На защиту выносятся следующие положения:

- принципы построения, структурная схема и математическая модель мультиплексированных ВОИИС мониторинга СТО;

- способы мультиплексирования бинарных оптических сигналов на основе многоуровневого аддитивного и мультипликативного кодирования;

- конструкции бинарных датчиков и других функциональных компонентов ВОИИС, их математические модели;

- инвариантные к внешним воздействиям способы кодирования сигналов при организации множественного доступа к каналу передачи данных;

- метод имитационного моделирования мультиплексированных ВОИИС на основе сетей Петри;

- методы интеллектуализации ВОИИС, модель и алгоритм принятия решений, способ представления знаний в интеллектуальных системах;

- способы расчета параметров, оптимизации характеристик и коррекции погрешностей компонетов мультиплексированных ВОИИС.

Реализация и внедрение результатов работы.

Результаты работы были использованы на предприятиях ООО НПВФ «Универсалгидромеханизация» (г. Сургут), ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБПрогресс», ООО «ТелекомСервисСтрой» (г. Самара), ОАО ФНПЦ Научноисследовательского института физических измерений (г. Пенза), ООО «Детальстройконструкция», ЗАО «Средневолжский завод полимерных изделий» (г. Тольятти), Компания «NVisionGroup» (г. Москва).

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных, всероссийских, республиканских, региональных и отраслевых симпозиумах и научно-технических конференциях в период с 1992 по 2009 годы: Второй Всероссийской конференции по механике и управлению движением шагающих машин, Волгоград, 1992; Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения", Новосибирск, 1992; Республиканской научнотехнической конференции "Лазерная технология и ее применение в промышленности России", С.-Петербург, 1992; Первой Поволжской научнотехнической конференции "Научно-исследовательские разработки и высокие технологии двойного применения", Самара, 1995; Третьей межвузовской научно-практической конференции «Прикладные математические задачи в машиностроении и экономике» Самара, 2006; Всероссийской научнотехнической конференции «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций, Самара, 2007; Второй Международной научной конференции «Современные проблемы радиоэлектроники», Ростов-на-Дону, 2007; Международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований 2008», Одесса, 2008, 2009; Пятой Международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», С.-Петербург, 2008; Международном симпозиуме «Надежность и качество», Пенза, 2008, 2009; Восьмом Международном симпозиуме «Интеллектуальные системы», Нижний Новгород, 2008; ХII Международной научной конференции, посвященной памяти академика М.Ф.Решетнева «Решетневские чтения», Красноярск, 2008; Девятой Международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций» ПТиТТ-2008, Казань, 2008; Шестой Международной конференции «Оптические технологии в телекоммуникациях» ОТТ-2008, Казань, 2008; Всероссийской научнотехнической конференции «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций, Самара, 2008, 2009.

Личный вклад автора.

Основные научные результаты, содержащиеся в диссертационной работе, получены автором самостоятельно. В работах, выполненных в соавторстве, соискателю принадлежит ведущая роль в постановке задач, выборе и обосновании методов их решения, интерпретации полученных результатов.

Публикации.

По теме диссертационного исследования самостоятельно и в соавторстве опубликовано 47 печатных работ, включая три научные монографии, два научно-учебных пособия, восемь статей в периодических изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, получено три патента РФ на изобретение, одно положительное решение о выдаче патента РФ на изобретение и два патента РФ на полезную модель. Публикации полностью отражают основное содержание диссертационной работы.

Структура и объем диссертационной работы.

Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения, списка литературы из 164 наименований, приложения. Объем диссертационной работы составляет 280 машинописных страниц, включая 90 рисунков и таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определены цели и задачи исследований, показаны научная новизна и практическая значимость работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе выполнен анализ особенностей построения существующих ВОИИС мониторинга СТО.

В процессе анализа выявлено, что сложные технические объекты имеют целый ряд особенностей: многоаспектность и неопределенность поведения, иерархическую структуру, избыточность составляющих объект элементов и подсистем, неоднозначность связей между ними, многовариантность реализации функций управления, территориальную распределенность. Поэтому в современных условиях весьма актуальной становится разработка способов, алгоритмов и технических средств постоянного наблюдения за состоянием сложного объекта, анализа происходящих в нем процессов, диагностики и предсказания поведения объекта в будущем. Наиболее эффективным инструментом мониторинга являются информационно-измерительные системы, использующие оптоэлектронные и волоконно-оптические средства получения, передачи и обработки данных. Представляется целесообразным ввести понятие волоконно-оптических информационно-измерительных систем мониторинга СТО.

Среди промышленных разработок в данной области можно отметить систему ДАКР-1 НПО «Прочность», мониторинговые системы серии FD компании Fiber SenSys Inc, систему IntelliFIBER компании Senstar-Stellar, систему INNO-FENCE фирмы Magal, систему SabreLine фирмы Remsdaq, систему F-8000-Marinet фирмы TSS, систему MSL компании FFT.

Однако, не смотря на очевидные преимущества работы в оптическом диапазоне, широкому применению мониторинговых ВОИИС препятствуют следующие факторы:

- сложность интеграции отдельных волоконно-оптических элементов в единую информационно-измерительную систему, а также интеграции самой ВОИИС с объектом мониторинга;

- ограниченное применение мультиплексирования каналов передачи данных ввиду сложности данной процедуры в случае использования аналоговых волоконно-оптических датчиков;

- отсутствие гибкой логики, адаптируемости к изменению условий работы, недостаточная развитость механизмов прогнозирования;

- сложность масштабирования системы без принципиального изменения структуры системы;

- высокая стоимость ВОИИС, часто соизмеримая со стоимостью основных функциональных элементов и узлов объекта мониторинга.

Таким образом, существующие ВОИИС мониторинга СТО не отвечают в полной мере предъявляемым к ним требованиям. Поэтому разработка и исследование ВОИИС, сочетающих в себе способность надежно и эффективно работать в жестких условиях эксплуатации с технологичностью изготовления, гибкостью применения и конкурентной стоимостью, представляет собой актуальную и важную научную проблему. В этих условиях резко возрастает необходимость в развитии теории и научных разработках ВОИИС, обеспечивающих эффективный и качественный мониторинг параметров сложных технических объектов с одновременной экономией материальных ресурсов на проектирование, внедрение и эксплуатацию систем.

Вторая глава посвящена разработке ВОИИС с мультиплексированными каналами передачи бинарных оптических сигналов.

Сформулированы принципы построения, разработаны структурная схема и математическая модель мультиплексированных ВОИИС, предложены способы мультиплексирования бинарных оптических сигналов и реализующие их волоконно-оптические компоненты, на основе разработанных моделей волоконно-оптических компонентов исследованы их характеристики. Основные принципы построения предлагаемых ВОИИС заключаются в следующем:

- использование конструктивно простых, технологичных и надежных компонентов оптоэлектроники и волоконной оптики;

- применение преимущественно цифровых и бинарных (одноразрядных цифровых) волоконно-оптических датчиков;

- вынесение подсистемы электронной обработки данных из зоны воздействия внешних дестабилизирующих факторов с целью повышения помехозащищенности, надежности и стабильности работы ВОИИС;

- мультиплексирование сигналов в оптическом диапазоне с целью улучшения технико-экономических показателей ВОИИС, сохранения помехозащищенности и надежности;

- применение интеллектуальных методов обработки информации, использование алгоритмов и устройств, реализующих данные методы с целью повышения достоверности получаемых данных и обеспечения эффективности работы ВОИИС.

На основе сформулированных принципов разработана структурная схема мультиплексированной ВОИИС (рис.1).

Рис.1. Структурная схема мультиплексированной ВОИИС Параметры СТО, работающего в условиях воздействия внешних факторов ВФ, контролируются набором датчиков с цифровым оптическим выходом Д. С помощью оптических демультиплексора ОДМ и мультиплексора ОМ сигналы датчиков передаются по волоконнооптическому каналу из оптомеханической части в электронную часть системы. Полученные сигналы преобразуются в оптоэлектронном приемопередатчике ОЭПП и блоке предварительной обработки данных БПОД, связанных с блоком стабилизации режимов работы БСРР, после чего поступают в блок интеллектуальной обработки БИО. Исходя из специфики объекта, необходимого времени реагирования, ответственности принимаемых решений, обработанные данные поступают либо через блок формирования отчетов БФО оператору, либо через блок поддержки принятия решений БПР в систему управления.

В энергонезависимом хранилище данных ЭХД находится информация, отображающая предыдущие показания датчиков, характеристики внешней среды и реакцию объекта на управляющие воздействия. Электронная часть системы вынесена из зоны воздействия внешних факторов, что повышает помехозащищенность и надежность работы ВОИИС.

Для оценки возможности восстановления мультиплексированных сигналов разработана обобщенная математическая модель мультиплексированной ВОИИС, которая определяется уравнениями:

y1(x1,t) = F1(x1, x2,...xn,a1,a2,...,am,t, z) y2(x2,t) = F2(x1, x2,...xn,a1,a2,...,am,t, z) , .......................................................

yn(xn,t) = Fn(x1, x2,...xn,a1,a2,...,am,t, z) где у – выходные сигналы ВОИИС; F – набор операторов; x – входные процессы; a – внутренние параметры; t – время; z – влияние внешней среды.

Если внутренние параметры a1, a2,...,am - постоянны, модель можно считать динамической детерминированной и представить с помощью оператора Ляпунова-Лихтенштейна:

t t (x1,t) = FLL[x1(t)] = (t,1,2,...,i )x1(1),x1(2)...x1(i)d1d2...di y1 ...ki i=10 t t , y2(x2,t) = FLL[x2(t)] = (t,1,2,...,i )x2(1),x2(2)...x2(i)d1d2...di ...ki i=10 ........................................................................................................................

t t y (xn,t) = FLL[xn(t)]= ki (t,1,2,...,i)xn(1),xn(2)...xn(i)d1,d2...di n ... i=10 где ki – признак сообщения xi в мультиплексированном канале.

Замена оператора Ляпунова-Лихтенштейна рядом Вольтерра позволяет оценить степень адекватности модели характеру решаемых задач, проанализировать информационно-энергетические и метрологические характеристики ВОИИС.

Внешние воздействия компенсируются внутренними параметрами системы:

y1(x1,t) = Fw[x1(t, z) - y1(t,a1,a2,...,am)] y (x2,t) = Fw[x2(t, z) - y2(t,a1,a2,...,am)] .

.......................................................

yn(xn,t) = Fw[xn(t, z) - yn(t,a1,a2,...,am)] В работе предложены способы мультиплексирования бинарных оптических сигналов путем их аддитивного или мультипликативного многоуровневого кодирования.

При аддитивном кодировании происходит сложение взвешенных бинарных оптических сигналов. Множество значений a1, a2, … an на входе параллельного мультиплексора однозначно связанно со значением квазианалоговой (квантованной по уровню) величины q на выходе. С учетом доминирующих погрешностей на выходе параллельного мультиплексора формируется сигнал:

n q = + vi + ui )ai, (1) (ki i= где - ненулевые весовые коэффициенты мультиплексора, ki 1 – ; vi ki погрешность установки i-го весового коэффициента; ui – погрешность i-го канала мультиплексора, ai - входные бинарные оптические сигналы, принимающие значения 0 или 1, n – количество каналов мультиплексора.

Выражение (1) определяет функцию преобразования параллельного мультиплексора. Оптимальный вид функции получается в случае, если коэффициенты ki выбираются в соответствии с натуральным двоичным кодом: k1 =1/ 2, k2 =1/ 4,k3 =1/8,...,kn =1/ 2n.

Схема аддитивного многоуровневого кодирования показана на рис. 2.

Рис. 2. Схема аддитивного многоуровневого кодирования В качестве элементов, которые определяют весовые коэффициенты параллельного мультиплексора, предложено использовать пассивные волоконно-оптические аттенюаторы, выполненные путем сопряжения оптических волокон с искусственно внесенными потерями.

Коэффициент передачи оптической мощности аттенюатора, определенный как функция осевого смещения z, имеет вид:

, k(z) = 0 / + / 0 + (0 / 2Rф)где - радиус пятна гауссова пучка на выходе передающего оптического волокна; 0 - радиус пятна гауссова пучка на входе приемного оптического волокна; - фазовая постоянная в оптическом волокне; Rф - радиус волны фронта гауссова пучка.

В свою очередь:

;

= 0 + 4z2 /(02 ), 0 = r / 2nc 2 где r - радиус сердцевины оптического волокна; nc - максимальное значение показателя преломления сердцевины; - нормированный профиль показателя преломления; - длина волны.

Радиус волны фронта гауссова пучка определяется из выражения:

4.

Rф = z + 4z Фазовая постоянная зависит от типа распространяющейся в оптическом волокне моды и равна:

2 2, = nc 1- (4g + 2h + 2)2 ) 2ncr где g, h - индексы поляризованных мод.

В отличие от предыдущего способа, при мультипликативном многоуровневом кодировании происходит умножение входных сигналов.

С учетом доминирующих погрешностей на выходе последовательного мультиплексора формируется сигнал:

n i, (2) q = (ki + vi)a (1+ ui) i=где ki - весовые коэффициенты мультиплексора, vi – погрешность установки i-го весового коэффициента; ai - входные бинарные оптические сигналы, ui принимающие значения 0 или 1, – погрешность i-го канала мультиплексора, n – количество каналов мультиплексора.

Выражение (2) определяет функцию преобразования последовательного мультиплексора. Процесс мультипликативного многоуровневого кодирования происходит в соответствии со схемой, показанной на рис. 3.

Рис. 3. Схема мультипликативного многоуровневого кодирования В качестве элементов, которые определяют весовые коэффициенты последовательного мультиплексора, предложено использовать волоконнооптические аттенюаторы на основе элементов с растровой структурой.

Для растра с крупным шагом выходная оптическая мощность определяется величиной зазора между волокнами Z, числовой апертурой A, диаметром оптического волокна d, размерами прозрачного a и непрозрачного b элементов растра, входной оптической мощностью. При перекрытии непрозрачным штрихом растра оптического потока, часть сердцевины волокна не будет воспринимать излучение.

Площадь этой части составит:

S = a2 arccos((a - x)/ a) - (a - x) a2 - (a - x)2, (3) где x – координата положения растра относительно прозрачного элемента a.

Используя выражения (3) получаем коэффициент передачи оптической мощности в виде:

a2 + (a - x) a2 - (a - x)2 - a2 arccos((a - x) / a).

k(x) = (d + ZA)Коэффициент передачи не зависит от параметров оптических волокон при использовании растра с мелким шагом, в котором размеры элементов a и b значительно меньше величины d. Коэффициент передачи оптической мощности в этом случае равен:

asin N(a + b)sin sin ( )sin( ) , (4) k(a,b) = a2 sin (a + b)sin 2 sin где N – количество прозрачных элементов растра, – длина волны излучения, – угол, отсчитываемый между плоскостью растра и оптической осью передающего оптического волокна.

С учетом выражения (4) получена формула для коэффициента передачи k с учетом пространственного положения растра в виде:

n -, (5) k(x) = k(a,b) (-1)i -1T (xi ) i =где T (xi ) - координаты положения элементов растра относительно области считывания, при условии, что растр перемещается только вдоль оси x.

Сдвиг координат xi приведет к изменению значения коэффициента передачи k. Максимальное значение коэффициента передачи получается при сдвиге на величину, равную половине b. При этом координаты границ элементов вычисляются по формуле:

, (6) xлi = xi - (1- k0)N / µ где – параметр растра, k0 - коэффициент передачи начального положения растра.

Минимальное значение коэффициента передачи k получается при сдвиге на величину, равную половине a. При этом координаты границ элементов находятся по формуле:

. (7) xпрi = xi-1 + k0N / µ С учетом уравнений (5…7) получены выражения для наибольшего и наименьшего приведенного значения коэффициента передачи растра:

n-1 n-; kmin .

kmax = (-1)i-1T (xлi ) =1- (-1)i-1T (xпрi ) i=1 i= Сравнительный анализ показал, что растр с мелким шагом использовать предпочтительнее, так как в данном случае обеспечиваются лучшие метрологические характеристики компонентов ВОИИС.

В третьей главе обоснована необходимость разработки и сформулированы принципы построения ВОИИС с множественным доступом к каналу передачи данных, разработаны способы кодирования сигналов для систем с множественным доступом и предложены первичные преобразователи информации, реализующие данные способы; рассмотрены вопросы имитационного моделирования работы ВОИИС.

Повысить надежность ВОИИС предлагается путем сбора, сопоставления и анализа данных, полученных от множества альтернативных источников. Данный подход требует большего числа не только датчиков, но и соединительных линий между датчиками и блоками электронной обработки, что приводит к резкому удорожанию системы. В то же время широкая полоса пропускания оптоволокна позволяет передавать сигналы в течение очень короткого промежутка времени. Если средний интервал между появлением сигналов от разных источников гораздо больше средней длительности самого сигнала, возможно использование единого волоконнооптического канала без применения средств разделения сообщений. Данный способ передачи измерительной информации предложено считать расширением детерминированного мультиплексирования - множественным доступом.

Для реализации множественного доступа к каналу передачи данных разработаны бинарные оптомеханические датчики, являющиеся разновидностью волоконно-оптических преобразователей с механическим управлением интенсивностью оптического потока (рис. 4).

Рис. 4. Базовая конструкция бинарного оптомеханического датчика перемещений В стакане корпуса 1 находится подвижный цилиндр 2, на внешнем конце которого укреплен металлический подшипник 3, обеспечивающий точечный контакт с объектом контроля. При нажатии через подшипник 3 на цилиндр 2 приводится в движение кольцо 4 и сжимается пружина 5. В результате, закрепленный на противоположном конце цилиндра кодирующий элемент 6 перемещается вдоль неподвижного стакана корпуса и попадает в зазор между соосно расположенными отрезками оптических волокон 7. Для обеспечения механической прочности и минимизации потерь передачи излучения, торцы оптических волокон 7 заключаются в юстированные втулки 8. Кодирующий элемент 6 представляет собой амплитудный растр с чередующимися прозрачными и непрозрачными участками. В результате перемещения кодирующего элемента происходит модуляция оптической мощности и на выходе датчика формируется сигнал, несущий информацию о его порядковом номере в системе и характере смены логического состояния.

Предлагаемый датчик является устройством дифференциального типа, так как оптический сигнал на его выходе существует только в момент срабатывания. В период между срабатываниями кодирующий элемент не препятствует прохождению сигналов от других датчиков, поэтому объединение первичных преобразователей в систему на основе единого волоконно-оптического канала может быть выполнено последовательно.

Бинарные оптомеханические датчики отличаются способом кодирования, который зависит от структуры растра. На рис.5 показана позиционно-временная диаграмма работы оптомеханического датчика с двоичным выходным кодом.

Рис. 5. Позиционно-временная диаграмма работы бинарного оптомеханического датчика с двоичным выходным кодом При перемещении кодового элемента относительно области считывания D происходит модуляция оптической мощности P. По уровням принятия решений C1 и C2 в системе вырабатываются, соответственно, сигналы U1 и U2, логическая обработка которых определяет выходной код.

Каждому датчику системы соответствует своя пара индивидуальных кодов, формируемая при включении и выключении датчика. Паузы между логическим нулем и единицей позволяют абстрагироваться от изменений скорости перемещения растра в момент срабатывания датчика. В этом случае выходной код не зависит от длительности временных интервалов, соответствующих позиционным перемещениям. Чтобы избежать повторений выходного сигнала при реверсивном движении растра, из набора кодовых комбинаций натурального двоичного кода исключены симметричные составляющие. Данное преобразование кода позволяет различить события, связанные с включением и выключением одного и того же устройства.

Число симметричных кодовых комбинаций вычисляется по формуле:

, где m – параметр кода с исключенными симметричными Mc = 2m / комбинациями, связанный с разрядностью натурального двоичного кода n.

Для нечетного числа разрядов m = n +1, для четного числа разрядов m = n.

Количество датчиков системы с множественным доступом определяется по формуле:.

N = (2n - 2m/ 2)/ Выражение учитывает реверсивный режим работы, при котором одному устройству соответствуют два события – включение и выключение датчика. Предлагаемый способ кодирования позволяет объединить несколько датчиков в единую волоконно-оптическую сеть передачи данных с идентификацией номера каждого устройства и характера изменения состояния датчика (включен/выключен). Кроме того, выходной код датчика инвариантен к скорости перемещения растра и, следовательно, к скорости перемещения контролируемого объекта.

В работе показано, что наиболее эффективным методом анализа ВОИИС на основе дифференциальных бинарных датчиков является имитационное моделирование. При этом необходимо учитывать уже упомянутые свойства СТО - открытость, цикличность, асинхронность, параллельность, стохастичность. Имитационное моделирование в работе выполнено с помощью ординарных автоматных сетей Петри.

Количественные компоненты и функции сети Петри, называемые также структурой сети, можно представить четверкой {P, T, I, O}, где P={p1, p2, …, pm} – множество мест (позиций); T={1, 2, …., n} – множество переходов; I – входная функция сети; O – выходная функция сети. Входная и выходная функция сети могут быть заданы в виде матриц инцидентности, строками которых являются номера переходов, а столбцами – номера мест.

Если переход i инцидентен месту j – значением элемента матрицы с индексами ij будет «1», в противном случае – «0». Результат моделирования получен в виде стохастической матрицы смежности, элементами которой являются частоты одновременного появления сигналов от различных источников сообщений.

В процессе моделирования выявлено, что после определенного числа шагов распределение мест по частотам в стохастической матрице смежности не зависит от случайных флуктуаций меток сети Петри. Установлено, что минимальное количество шагов, при котором значение функции распределения изменяется далее не более, чем на 1 %, определяется выражением: S min = m(n - m +1)2, где m – число мест; n – число переходов.

Общее количество значимых элементов стохастической матрицы смежности определяется по формуле:. Анализ M = (m2 - m) / 2 + m стохастической матрицы смежности, выполненный для конкретного объекта, является основой для разработки топологической структуры ВОИИС.

Рассмотрены особенности применения сети Петри для измерения пороговых значений измеряемого параметра. На рис. 6 показана сеть, позиции в которой моделируют семь возможных значений температуры объекта Т1,Т2, …, Т7, которые контролируются бинарными датчиками D1, D2.

Предполагается, что значения температуры меняются последовательно, т.е.

разрешены только смежные переходы.

Рис. 6. Сеть Петри для моделирования процесса измерения пороговых значений температуры В схеме измерения пороговых значений температуры не происходит одновременного срабатывания двух или более первичных преобразователей, поэтому в данном случае вполне оправдано применение ВОИИС на основе последовательного волоконно-оптического канала с использованием бинарных оптомеханических датчиков дифференциального типа.

Таким образом, моделирование процессов в СТО с помощью сетей Петри позволяет определить возможность организации множественного доступа к каналу, количество мультиплексируемых каналов и достоверность полученных данных.

В четвертой главе рассматриваются вопросы интеллектуальной обработки информации в мониторинговых ВОИИС. Обосновано применение интеллектуальных методов обработки информации для учета изменения состояния СТО под воздействием внешних факторов, предложена модель принятия решений и модель представления знаний, рассматриваются способы дальнейшей интеллектуализации ВОИИС на основе динамических экспертных систем.

Основными проблемами при интеллектуализации ВОИИС являются формирование и выбор модели исследуемого объекта; выбор методов измерения и контроля; выбор параметров измерительной ситуации; оценка эффективности системы. В качестве стратегии принятия решений рассматривались перебор существующих методов, метод логического вывода на основе применения теории нечетких множеств, а также решение оптимизационной задачи. Оценка принятия решения выполнена с использованием критерия Демпстера-Шафера.

Важным вопросом интеллектуализации является разработка модели принятия решений, которая учитывает: структуру, внешние параметры и алгоритмы функционирования системы; наличие элементов структур, их параметры и алгоритмы функционирования; механизм взаимодействия элементов структуры между собой и с окружающей средой; методы оценки адекватности работы системы с точки зрения поставленной цели.

Модель принятия решений в интеллектуальных мониторинговых ВОИИС представлена в виде:

Mr = { R, W, P, S, D, K }, где R = {Ri, i =1, 2, …., r} - методы принятия решений; W = {Wi, i =1, 2, …., w} – внешние параметры; P = {Pi, i =1, 2, …., p} – внутренние параметры;

S = {Si, i =1, 2, …., s} – алгоритмы работы; D = {Di, i =1, 2, …, d} – дестабилизирующие факторы; K= {Ki, i = 1, 2, …., k}– критерии оценки адекватности работы системы.

Значение функции гипотезы доверия определяется на основании данных двух (или более) независимых источников измерений по формуле:

, Fn(z) = F1(x)F2(y) /[1- F1(x)F2(y)] xy=z xy=F1(x), F2( y) где - меры доверия к результатам измерений, определенные на совокупности пространства гипотез.

Схема принятия решения представлена на рис. 7.

Рис. 7. Схема принятия решений в интеллектуальной ВОИИС В базе знаний формируется и хранится информация об эталонных и фактических значениях измеряемых параметров, измерительных ситуациях, методах метрологического анализа, характере дестабилизирующих факторов.

Скорость изменения процессов, происходящих в СТО, требует высокого быстродействия интеллектуальной системы. Данному условию удовлетворяют динамические экспертные системы, работающие в режиме реального времени. Разработка динамических экспертных систем для интеллектуализации ВОИИС сопряжена с решением следующих задач:

определение состава базы знаний и ее формирование; разработка новых и использование известных теорий и методов для описания информационных процессов в интеллектуальных системах; разработка способов представления и организации знаний; отыскание подходящих вычислительных сред для реализации параллельных алгоритмов.

В пятой главе разработаны функциональные схемы, реализующие принципы аддитивного и мультипликативного многоуровневого кодирования, выполнен анализ информационно-энергетических и метрологических характеристик ВОИИС, оптимизирована функция преобразования последовательного мультиплексора, разработаны электронные блоки мультиплексированных ВОИИС.

Важнейшей характеристикой мультиплексированных ВОИИС является информационная емкость, зависящая от энергетических соотношений в оптомеханической части ВОИИС, характеристик излучателей и фотоприемных устройств. На функциональной схеме системы с аддитивным многоуровневым кодированием (рис. 8) цифрами обозначены: 1 – источник опорного напряжения, 2 – излучатель, 3 – оптический разветвитель, 4 – бинарные датчики, 5 – оптический мультиплексор, 6 – фотоприемник, 7 – блок электронной обработки.

Рис. 8. Функциональная схема ВОИИС с аддитивным многоуровневым кодированием Динамический диапазон оптомеханической части устройства определяется выражением:

n 1 -, Da = 41о k i р n 2i-i= где 1 - коэффициент потерь ввода мощности излучателя в оптическое волокно, о - потери в оптических волокнах, р - потери в оптических разветвителях; k - потери в каналах мультиплексора; n – количество датчиков; – символ Кронекера.

Величина полной нормированной шкалы преобразования, полученная как разность между значениями максимального и минимального кодов равна:

1 -, Da = (2 - ) n 2n- где n – число датчиков, которое ограничивается динамическим диапазоном, потерями при вводе излучения от источника в оптическое волокно, потерями в каналах, связывающих оптомеханическую и оптоэлектронную части устройства и потерями в оптических соединениях.

Разработана функциональная схема ВОИИС с мультипликативным многоуровневым кодированием бинарных оптических сигналов. На рис. цифрами обозначены: 1 – источник опорного напряжения, 2 – излучатель, 3 – бинарные датчики, 4 – фотоприемник, 5 – блок электронной обработки.

Рис. 9. Функциональная схема ВОИИС с мультипликативным многоуровневым кодированием Получены информационно-энергетические соотношения для ВОИИС с мультипликативным многоуровневым кодированием. Динамический диапазон оптомеханической части устройства определяется формулой:

n, Dm1 = 1оk kii i=где 1 - коэффициент потерь ввода излучения в оптическое волокно, 0 - погонные потери в оптоволокне, k - усредненные потери в датчиках, ki – коэффициент передачи i – го датчика, – символ Кронекера.

Величина полной нормированной шкалы преобразования, полученная как разность между значениями максимального и минимального кодов, равна:

n Dm1 = k (1- ) k, i i=где n - число датчиков.

Полученные соотношения приводят к выводу, что при аддитивном многоуровневом кодировании существует однозначная зависимость между полной шкалой преобразования и числом датчиков n.

Для случая мультипликативного многоуровневого кодирования, кроме числа датчиков, необходимо учитывать коэффициенты собственных потерь к и неоднозначность выбора коэффициентов передачи датчиков ki (рис. 10).

Рис. 10. Взаимосвязь между полной шкалой преобразования и числом датчиков Условие достоверности выходного кода - ограничение погрешности, вызванной всеми возможными источниками, половиной младшего разряда:

n ij, ki (x1,x2,..., xm) - max ki[(x1 + (-1)ij x1), (x2 + (-1)ij x2),..., (xm + (-1) xm )] < 1/ 2n+ i =x1, x2,..., xm - значения параметров, определенные с погрешностью где, где p - доверительная вероятность, x1,x2,…,xm - отклонения (1- p)i, j 2n+значений параметров; i,j - символ Кронекера.

Максимальные значения погрешности параметров x1, x2,…, xm одинаковы в любом разряде, тогда при ki

.

k2(x1, x2,..., xm) - max k2[(x1 + (-1)ij x1),(x2 + (-1)ij x2),...,(xm + (-1)ij xm)]|<1/ 2n+В работе получены расчетные данные для определения информационной емкости мультиплексированной ВОИИС при различных допусках на указанные параметры.

Особенностью мультипликативного многоуровневого кодирования является неоднозначность выбора функции преобразования последовательного мультиплексора. Оптимизировать вид функции предлагается с помощью определения весовых коэффициентов ki, обеспечивающих наибольшую величину минимальной разности квантованных уровней нормированной шкалы преобразования.

qmax Данная задача выполнена с помощью модифицированного метода Хука-Дживса (рис. 11). Метод заключается в поиске искомых аргументов функции преобразования вокруг базисных значений. В случае положительного результата на каждом шаге поиска вновь полученным значениям присваивается статус базисных.

Вход Задать базисные аргументы и вычислить функцию Начать цикл исследования Выбрать аргумент Увеличить аргумент на шаг Да Функция уменьшилась? Нет Уменьшить аргумент на шаг Да Функция уменьшилась? Нет Запомнить новое значение координаты и новое Оставить полученное значения значение функции аргумента Нет Взять следующий Все аргументы аргумент рассмотрены? Да Присвоить полученным Да значениям аргументов Значение < статус базисных базисного? Нет Печатать значения аргументов, функции, шага Выход Рис. 11. Алгоритм оптимизации функции преобразования последовательного мультиплексора на основе модифицированного метода Хука-Дживса Решение оптимизационной задачи по критерию Колмогорова имеет вид:

, qmax = min{qi - qi+1} где i = 0, 1, …, N; N – число квантованных уровней ФП.

Связь между квантованными уровнями (значениями функции преобразования) qi и весовыми коэффициентами (аргументами функции преобразования) ki выражается системой нелинейных уравнений. На первом этапе определяются нехудшие локальные решения задачи относительно случайным образом выбранных базисных значений аргументов, на втором - поиск оптимальных значений аргументов функции преобразования.

При использовании ВОИИС с мультипликативным многоуровневым кодированием бинарных оптических сигналов применяется функциональный аналого-цифровой преобразователь. Реализация функционального аналогоцифрового преобразователя возможна на основе схемы с индивидуальной установкой уровней компарации.

При увеличении входного сигнала от нуля до максимального значения, определяемого источником опорного напряжения, на выходах компараторов последовательно появляется логическая единица. Дешифратор, реализованный на элементах «Исключающее ИЛИ» производит преобразование логических сигналов на выходах компараторов в натуральный двоичный код. Достоинством устройства является быстродействие, простота настройки и возможность адаптации к другому виду входного сигнала.

В шестой главе приведены результаты экспериментальных исследований и рассмотрены вопросы практической реализации разработанных ВОИИС. Получены практические подтверждения справедливости разработанных математических моделей, объяснены причины расхождения экспериментальных и расчетных данных.

Рассмотрены особенности использования разработанных методов и устройств на предприятиях нефтегазового сектора, объектах энергетики, в цифровых оптоэлектронных преобразователях угла и периметровых системах мониторинга СТО.

Весовой коэффициент ВОИИС с аддитивным многоуровневым кодированием определяет волоконно-оптический аттенюатор на основе осевого смещения оптических волокон. Получена и построена экспериментальная зависимость коэффициента передачи k(z), проведен анализ причин отклонения данных эксперимента от математической модели аттенюатора. Отклонение от расчетной характеристики в диапазоне 30 дБ составило 12,5 %. Расхождение результатов эксперимента с расчетами объясняется несовершенной технологией обработки торцов оптического волокна и наличием фонового излучения.

На рис.12 приведена схема автоматизированного теплового пункта, в который интегрирована мультиплексированная ВОИИС.

Основными устройствами автоматизированного теплового пункта являются узел учета тепловой энергии 1, клапаны подачи теплоносителя в систему отопления 2 и в систему горячего водоснабжения 3, теплообменники 4 и системы горячего водоснабжения 5, циркуляционные насосы 6 и системы горячего водоснабжения 7, потребители системы отопления (радиатор, теплые полы, полотенцесушители) 8, интеллектуальный контроллер 9.

Рис. 12. Схема автоматизированного теплового пункта Управляющие сигналы контроллера для упрощения схемы не подведены к исполнительным устройствам, на рис.12 они показаны в виде информационной шины.

В состав интеллектуального контроллера 9 входит оптоэлектронный модуль, передающая часть которого с помощью мультиплексированного волоконно-оптического канала 10 связана с приемной частью модуля.

Мультиплексированный волоконно-оптический канал 10 последовательно соединяет датчики 11, 12 наружной и внутренней температуры, датчики 13, 14 температуры теплоносителя на входе и выходе системы, датчики 15, положения клапанов подачи теплоносителя, датчики 17, 18 давления циркуляционных насосов с интеллектуальным контроллером 9. В процессе работы база статистических данных системы все время пополняется, что предполагает повышение вероятности принятия правильного решения интеллектуальным контроллером и, как следствие, повышение надежности работы системы.

Другим примером практического применения разработанных методов мультиплексирования и реализующих их компонентов ВОИИС является оптоэлектронный цифровой преобразователь угловых перемещений (рис. 13).

Рис. 13. Оптоэлектронный цифровой преобразователь угла с аддитивным многоуровневым кодированием бинарных сигналов В состав устройства входит излучатель 1, первый оптический разветвитель 2, вал 3, маска кода Грея 4, считывающий диск 5, волоконнооптические аттенюаторы 6, второй оптический разветвитель 7, фотоприемник 8, усилитель 9, АЦП 10, преобразователь кода Грея в натуральный двоичный код 11, мультиплексор 12, дополнительные фотоприемник 13, усилитель 14, компаратор 15, а также регистр 16.

Излучатель 1 создает направленное оптическое излучение, которое с помощью передающего оптического волокна подводится к оптическому разветвителю 2. В оптических разветвителях 2 происходит деление мощности этого излучения на n равных потоков. Закрепленный на валу кодовый диск 4 модулирует эти потоки, кодируя тем самым угловое положение вала 3. Проходя через отверстия считывающего диска 5, потоки оптической мощности взвешиваются в волоконно-оптических аттенюаторах 6, суммируются во втором оптическом разветвителе 7 и преобразуются в квантованный оптический сигнал. Далее этот сигнал поступает по приемному оптическому волокну в фотоприемник 8, усилитель 9, преобразуется в цифровой код Грея в АЦП 10 и в натуральный двоичный код в преобразователе 11. Наличие дополнительного канала из элементов 13, 14, 15 позволяет корректировать показания преобразователя угла в процессе эксплуатации. Применение аддитивного многоуровневого кодирования позволяет улучшить технико-экономические показатели устройства.

В заключении приводятся выводы и основные результаты работы.

1. Обоснована необходимость измерения и контроля параметров сложных технических объектов и анализа полученных данных в режиме реального времени. Основным и наиболее эффективным инструментом мониторинга СТО является информационно-измерительная система, характеристики которой в значительной мере определяют качество мониторинга.

2. Доказано, что наиболее перспективным видом информационноизмерительных систем для решения существующих проблем мониторинга являются ВОИИС, обеспечивающие эффективный, гибкий и постоянный контроль параметров СТО в условиях дестабилизирующего воздействия внешних факторов.

3. Впервые сформулированы принципы построения мультиплексированных ВОИИС, предусматривающие разделение оптомеханической и электронной частей системы, применение датчиков с цифровым оптическим выходом, мультиплексирование сигналов в оптическом диапазоне, применение интеллектуальных методов обработки информации. На основе сформулированных принципов разработаны структурная схема и математическая модель мультиплексированной ВОИИС.

4. Предложены новые способы мультиплексирования бинарных оптических сигналов на основе аддитивного и мультипликативного многоуровневого кодирования, разработаны волоконно-оптические компоненты, реализующие данные способы. На основе разработанных математических моделей волоконно-оптических компонентов исследованы их характеристики.

5. Впервые предложен способ организации множественного доступа первичных источников информации к каналу передачи данных, позволяющий увеличить информационную емкость ВОИИС. Для реализации множественного доступа разработаны бинарные оптомеханические датчики дифференциального типа, отличающиеся конструктивной простотой, технологичностью, помехоустойчивыми способами кодирования информации.

6. В результате имитационного моделирования с помощью сетей Петри разработана методика определения взаимосвязи между структурой объекта, характером протекающих в нем процессов, количеством контролируемых параметров и числом мультиплексированных каналов передачи данных.

7. С целью повышения качества мониторинга предложена методика и разработан алгоритм проектирования интеллектуальных ВОИИС.

Разработана и исследована модель принятия решений в интеллектуальной ВОИИС, учитывающая структуру и функции системы, взаимные связи элементов внутри системы с учетом изменяющихся внешних воздействий.

8. Показано, что дальнейшая интеллектуализация ВОИИС возможна с использованием динамических экспертных систем. Преимуществом динамических экспертных систем является многоаспектность анализа принимаемых решений, четко выраженная целевая ориентация, наличие механизмов прогноза дальнейшего развития событий с учетом изменений внешней среды.

9. Выполнен анализ погрешностей, вносимых компонентами мультиплексированных ВОИИС. Определено условие достоверности выходного кода ВОИИС, при котором результирующее влияние погрешностей ограничено половиной младшего разряда выходного кода.

Определены технологические допуски на параметры волоконно-оптических компонентов.

10. В результате экспериментальных исследований основных функциональных компонентов ВОИИС получено практическое подтверждение справедливости разработанных математических моделей.

Объяснены причины расхождения экспериментальных и расчетных данных.

11. Осуществлена практическая реализация разработанных способов, алгоритмов, методик и технических решений. Практическая ценность работы подтверждена актами использования полученных результатов рядом государственных и промышленно-коммерческих предприятий.

Анализ приведенных выше результатов показывает, что представляемая работа связана с решением крупной научно-технической задачи и развитием нового научного направления – мультиплексированных волоконно-оптических информационно-измерительных систем, ориентированных на работу с бинарными оптическими сигналами и предназначенными для мониторинга состояния сложных технических объектов.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Монографии 1. Зеленский, В.А. Бинарные волоконно-оптические датчики в системах управления и контроля [Текст]: монография / В.А. Зеленский, В.М.

Гречишников. – Самара: Самарский научный центр РАН, 2006. – 120 с.

2. Голубятников, И.В. Системы мониторинга сложных объектов [Текст]: монография / И.В.Голубятников, В.А.Зеленский, В.Е.Шатерников. – М.:Машиностроение, 2009. – 172 с.

3. Зеленский, В.А. Волоконно-оптические информационноизмерительные системы с мультиплексированными каналами передачи бинарных сигналов [Текст]: монография / В.А. Зеленский. – Самара:

Самарский научный центр РАН, 2009. – 124 с.

Научно-учебные пособия 4. Зеленский, А.В. Основы проектирования электронных средств. Часть 1 [Текст]: научно-учебное пособие / А.В. Зеленский, В.А. Зеленский, Г.Ф.Краснощекова, А.А. Нюхалов. - Самара: Самарский научный центр РАН, 2007.- 243 с.

5. Зеленский, А.В. Основы проектирования электронных средств. Часть 2 [Текст]: научно-учебное пособие / А.В. Зеленский, В.А. Зеленский, Г.Ф.Краснощекова, А.А. Нюхалов. – Самара: Самарский научный центр РАН, 2008.- 167 с.

Статьи в ведущих научных журналах, рекомендуемых ВАК Минобрнауки РФ для публикации материалов диссертаций на соискание учёной степени доктора наук 6. Зеленский, В.А. Интегрированная система обработки сигналов бинарных волоконно-оптических датчиков [Текст] / В.А. Зеленский // Известия Самарского научного центра РАН. - 2007. - № 3, том. 9. - С.37-40.

7. Зеленский, В.А. Исследование математической модели волоконнооптического аттенюатора для интеллектуальных информационноизмерительных систем [Текст] / В.А. Зеленский, В.Е. Шатерников // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2009. - № 3. - С. 23 – 25.

8. Зеленский, В.А. Метод оценки количества информации при изменении модели объекта управления [Текст] /В.А. Зеленский // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия «Технические науки». - 2009. - № 1 (23). - С. 95 – 98.

9. Зеленский, В.А. Способы совершенствования растровых взаимоиндуктивных датчиков перемещений [Текст] / В.А. Зеленский, А.А.

Трофимов // Известия Самарского научного центра РАН. – 2009. - № 3, том.

11. - С. 275 – 278.

10. Зеленский, В.А. Бинарный волоконно-оптический датчик перемещений с кодовым выходом для систем автоматического контроля [Текст] / В.А. Зеленский, В.Е. Шатерников // Контроль, диагностика. – 2009.

- № 7. – С.15 -17.

11. Зеленский, В.А. Бинарный оптомеханический датчик реверсивных перемещений с кодирующим элементом [Текст] / В.А.Зеленский // Вестник Казанского государственного технического университета. – 2009. - № 3. - С.51 -52.

12. Зеленский, В.А. Методы коррекции сигналов в волоконнооптических системах мониторинга сложных объектов [Текст] / В.А.

Зеленский, А.С. Нащёкин // Контроль, диагностика. – 2009. - № 9. – С.18-22.

13. Зеленский, В.А. Бинарный оптомеханический датчик реверсивных перемещений с кодовым выходом [Текст] / В.А. Зеленский // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия «Технические науки». - 2009. - № 2 (24). - С. 222 – 225.

Патенты Российской Федерации 14. Патент на изобретение № 2029324 РФ. Волоконно-оптическая информационно-измерительная система. / Гречишников В.М., Зеленский В.А. Опубл. 20.02.1995, бюл. № 5.

15. Патент на изобретение № 2029428 РФ. Преобразователь угол-код. / Гречишников В.М., Зеленский В.А. Опубл. 20.02.1995, бюл. № 5.

16. Патент на изобретение № 2029429 РФ. Преобразователь перемещения в код. / Гречишников В.М., Зеленский В.А. Опубл. 20.02.1995, бюл. № 5.

17. Патент на полезную модель № 73742 РФ. Информационноизмерительная система с мультиплексированным волоконно-оптическим каналом. / Зеленский В.А. Зарег. в Гос. реестре полезных моделей РФ 27.05.2008 г.

18. Патент на полезную модель № 74486 РФ. Система контроля состояния бинарных датчиков с мультиплексированным волоконнооптическим каналом. /Зеленский В.А. Зарег. в Гос. реестре полезных моделей РФ 27.06.2008 г.

19. Положительное решение по заявке на патент РФ № 2009117929/22(024689) от 23 июля 2009 г. Система обнаружения событий на основе бинарных волоконно-оптических датчиков. /Зеленский В.А., Нащекин А.С., Шатерников В.Е.

Материалы международных научно-технических конференций 20. Гречишников, В.М. Волоконно-оптический цифровой преобразователь перемещений [Текст] / В.М.Гречишников, В.А.Зеленский // Актуальные проблемы электронного приборостроения: Материалы Международной научно-технической конференции. – Новосибирск, 1992.- С.

129 -130.

21. Зеленский, В.А. Мультиплексирование сигналов бинарных датчиков в системах контроля состояния объектов [Текст] / В.А. Зеленский М.Н. Пиганов // Современные проблемы радиоэлектроники: Материалы Второй Международной научной конференции. - Ростов-на-Дону, 2007. - С.

43 - 46.

22. Зеленский, В.А. Мультиплексирование сигналов оптомеханических датчиков в системах контроля состояния объектов [Текст] / В.А. Зеленский, М.Н. Пиганов // Современные направления теоретических и прикладных исследований 2008: Материалы Международной научно-практической конференции. – Украина: Одесса, 2008. – Т. 4. - С. 84 - 87.

23. Зеленский, В.А. Система контроля состояния объекта на основе оптомеханических датчиков с растровым элементом [Текст] / В.А.Зеленский // Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности: Материалы Пятой Международной научно-практической конференции. - С.-Петербург, 2008. - Т. 12. - С. 437 - 438.

24. Зеленский, В.А. Повышение надежности системы управления с помощью интеллектуальных методов обработки информации [Текст] / В.А.Зеленский // Надежность и качество: Материалы Международного симпозиума. – Пенза, 2008.- С.42-43.

25. Зеленский, В.А. Контроль бинарных состояний объекта с помощью оптомеханических датчиков [Текст] / В.А. Зеленский В.А., А.С. Рогова. // Надежность и качество: Материалы Международного симпозиума. –Пенза, 2008.- С. 38.

26. Зеленский, В.А.. Интеллектуальная система управления объектами жилищно-коммунального хозяйства [Текст] / В.А. Зеленский, М.Н. Пиганов // Интеллектуальные системы: Материалы Восьмого Международного симпозиума. - Нижний Новгород, 2008. - С. 591 – 595.

27. Зеленский, В.А. Автоматизированная система контроля качества продукции на основе бинарных волоконно-оптических датчиков [Текст] / В.А. Зеленский, В.Е. Шатерников // Материалы Девятой Международной конференции по неразрушающему контролю. – Нижний Новгород, 2008. – С.

178 – 181.

28. Зеленский, В.А. Применение эффекта поляризации оптического излучения в волоконно-оптических информационно-измерительных системах [Текст] / В.А.Зеленский // Решетневские чтения: Материалы ХII Международной научной конференции, посвященной памяти академика М.Ф. Решетнева. – Красноярск, 2008. – С. 339- 340.

29. Зеленский, В.А. Волоконно-оптическая система передачи бинарных оптических сигналов [Текст] / В.А.Зеленский // Проблемы техники и технологий телекоммуникаций. Оптические технологии в телекоммуникациях: Материалы Девятой Международной научнотехнической конференции ПТиТТ-2008 и Шестой Международной конференции ОТТ-2008. – Казань, 2008.– С. 236 – 237.

30. Зеленский, В.А. Модель принятия решений в интеллектуальной системе мониторинга сложных технических объектов [Текст] / В.А.Зеленский // Современные направления теоретических и прикладных исследований 2009: Материалы Международной научно-практической конференции.- Украина, Одесса, 2009. –Т. 4. – С.56– 60.

31. Зеленский, В.А. Волоконно-оптическая информационноизмерительная система на основе бинарных оптомеханических датчиков дифференциального типа [Текст] / В.А.Зеленский // Надежность и качество Материалы Международного симпозиума. – Пенза, 2009. - Т.1. - С. 35-37.

32. Зеленский, В.А. Методы троичного кодирования при моделировании информационно-измерительных систем на основе бинарных волоконно-оптических датчиков [Текст] / В.А.Зеленский, Е.И. Князева // Надежность и качество: Материалы Международной конференции. – Пенза, 2009. - Т.1. - С. 416 - 417.

Статьи в сборниках трудов, материалы конференций 33. Зеленский, В.А. Метод поразрядной декомпозиции для диагностики ЦПУ [Текст] / В.А.Зеленский // Депонировано в ВИНИТИ № 25-В92 от 04.02.1992. - 8 с.

34. Зеленский, В.А. Оптоэлектронное кодирующее и декодирующее устройство [Текст] / В.А.Зеленский // Информационный листок № 106-92.– Самара: ЦНТИ, 1992.–2 с.

35. Гречишников, В.М., Мультиплексированная система бинарных волоконно-оптических датчиков [Текст] / В.М.Гречишников, В.А.Зеленский // Материалы Второй Всероссийской конференции по механике и управлению движением шагающих машин. – Волгоград,1992.- С. 15 –16.

36. Гречишников, В.М. Мультиплексированная волоконно-оптическая система с лазерным источником излучения [Текст] / В.М. Гречишников, А.В.

Данилов, В.А. Зеленский // Лазерная технология и ее применение в промышленности России: Материалы Республиканской научно-технической конференции. - С.-Петербург,1992.- С.7-8.

37. Зеленский, В.А. Оптимизация весовых коэффициентов последовательного волоконно-оптического цифро-аналогового преобразователя [Текст] / В.А.Зеленский // Деп. в ВИНИТИ, 1993. - № 352В93. – 4 с.

38. Гречишников, В.М. Оптоэлектронный цифро-аналоговый преобразователь для волоконно-оптических систем сбора и передачи информации [Текст] / В.М. Гречишников, В.А. Зеленский, А.С. Капустин // Научно-исследовательские разработки и высокие технологии двойного применения: Материалы Первой Поволжской научно-технической конференции. – Самара,1995.- С. 59-60.

39. Зеленский, ВА. Построение телеметрических устройств на основе волоконно-оптических преобразователей [Текст] / В.А. Зеленский // Вестник Московского государственного университета печати. – Москва, 2005. - Выпуск 6. - С. 145 – 148.

40. Зеленский, В.А. Обобщенные математические модели оптических цифро-аналоговых преобразователей [Текст]/ В.А.Зеленский // Прикладные математические задачи в машиностроении и экономике: Материалы Третьей Межвузовской научно-практической конференции. – Самара, 2006. - С. 41- 44.

41. Зеленский, В.А. Разработка алгоритма принятия управленческих решений [Текст] /В.А.Зеленский // Прикладные математические задачи в машиностроении и экономике: Материалы Третьей Межвузовской научнопрактической конференции - Самара, 2006. - С. 45-46.

42. Зеленский, В.А. Линеаризация характеристики функционального АЦП модифицированным методом Хука-Дживса [Текст] / В.А.Зеленский // Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций: Материалы Всероссийской научно-технической конференции. – Самара, 2007. - С.12-17.

43. Зеленский, В.А. Переменный волоконно-оптический аттенюатор на основе осевого смещения оптических волокон [Текст] / В.А.Зеленский // Депонировано в ВИНИТИ № 1141-В2007 от 10.12.2007. - 6 с.

44. Зеленский, В.А. Оптимизация характеристики измерительных преобразователей с помощью алгоритма Хука-Дживса [Текст] / В.А.Зеленский // Депонировано в ВИНИТИ № 1142 - В2007 от 10.12.2007. - 4 с.

45. Зеленский, В.А. Построение телеметрических устройств на основе оптических преобразователей [Текст]/ В.А.Зеленский // Вестник Московского государственного университета печати. - Москва, 2007. - Выпуск 7. С. 61 – 66.

46. Зеленский, В.А. Исследование метрологических характеристик бинарных волоконно-оптических датчиков с растровыми элементами [Текст] / В.А.Зеленский // Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций: Материалы Всероссийской научно-технической конференции. – Самара, 2008. - С.193-200.

47. Зеленский, В.А. Растровые датчики перемещений для работы в жестких условиях эксплуатации [Текст] / В.А. Зеленский, А.А. Трофимов // Автоматизация, диагностика и контроль технологических процессов и оборудования: Межвуз. Сб. науч. Тр. – Самара: Самар. гос. техн. у-т, 2008. – с. 9 – 14.

Зеленский Владимир Анатольевич Развитие теории и разработка мультиплексированных волоконно-оптических информационно-измерительных систем мониторинга сложных технических объектов Автореф. дисс. на соискание учёной степени доктора технических наук Подписано в печать «___»_____ 20 г. Заказ № ____ Формат 60 х 84/16. Усл. печ.л. 2,0. Тираж 100 экз.

Московский государственный университет приборостроения и информатики 107996, Москва, ул. Стромынка,




© 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.