WWW.OS.X-PDF.RU
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Научные публикации
 

«ВЕСТНИК ГИУА. СЕРИЯ “ЭЛЕКТРОТЕХНИКА, ЭНЕРГЕТИКА”. 2012. Вып. 15, №1 _ УДК 551.508.91:62-52 Р.С. АСАТРЯН ИССЛЕДОВАНИЕ ...»

ВЕСТНИК ГИУА. СЕРИЯ “ЭЛЕКТРОТЕХНИКА, ЭНЕРГЕТИКА”. 2012. Вып. 15, №1 _

УДК 551.508.91:62-52

Р.С. АСАТРЯН

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО

НАЗНАЧЕНИЯ

Приводятся результаты научно-исследовательских и опытно-конструкторских

работ по разработке комплекса оптико-электронных измерительных систем физикоэкологических параметров атмосферы и тепловых источников. Исследуются метрологические характеристики разработанных приборов.

Ключевые слова: прозрачность атмосферы, жидкие и твердые аэрозольные образования, дистанционный инфракрасный мониторинг, очаги пожаров, газовые выбросы в атмосферу.



Введение. В настоящее время в связи с постоянно увеличивающимся загрязнением окружающей среды интерес к экологическим проблемам резко возрос. Согласно данным исследования атмосферных загрязнений в индустриально развитых странах [1], источниками загрязнения являются прежде всего промышленные и энергетические предприятия и транспорт, на долю которых приходится более 80% общего объема загрязнения. При этом основными компонентами загрязнения окружающей среды являются газообразные соединения углерода, азота и серы, а также твердые и жидкие аэрозольные образования, которые представляют особую опасность для нормальной жизнедеятельности человека и других биологических объектов [2].

Значительное загрязнение воздушного пространства и его сокрушительное воздействие на здоровье человека, микроклимат и растительность обусловлены также макроскопическими утечками (иногда выбросами) природного газа из магистральных трубопроводов и обширными пожарами, в частности, лесных пространств.

Поэтому создание оптико-электронных приборов и систем с улучшенными метрологическими характеристиками, позволяющих осуществлять оперативный анализ основных физико-экологических параметров и постоянный мониторинг атмосферы, а также воздушный инфракрасный (ИК) экологический контроль обширных лесных пространств (с целью обнаружения очагов пожаров на ранней стадии их развития) и магистральных трубопроводов природного газа, является весьма актуальной задачей.

Настоящая работа посвящена исследованию метрологических характеристик оптико-электронных приборов экологического назначения.

1. Оптико-электронный измеритель прозрачности атмосферы “ПОМПА”. Измерительный комплекс “Полевой оптико-метеорологический пост-автомат (ПОМПА)” [3] предназначен для непрерывного измерения метеорологической дальности видимости S M или показателя ослабления атмосферы в диапазоне длин волн от 0,35 до 1,1 мкм и автоматической обработки результатов спектральной прозрачности атмосферы в диапазоне 1…14 мкм. Комплекс “ПОМПА” состоит из оптико-механического блока (ОМБ) и пульта электронного управления (ПЭУ). Оптическая схема ОМБ показана на рис.1.

Рис. 1. Оптическая схема ОМБ измерителя спектральной прозрачности атмосферы:

1- осветитель; 2- лампа ИСШ-100-5; 3- зеркало параболическое; 4,15- сотовая бленда;

5,11- экран; 6,23- защитное стекло; 7,13- ирисовая диафрагма; 8- гаситель света; 9зеркало "черное"; 10- контрольный рассеиватель; 12- фотометр; 14- зеркало плоское;

16,17- зеркальный объектив; 18- бленда круглая; 19- бленда цилиндрическая; 20светофильтр; 21- ось вращения; 22- диафрагма; 24- плоскость ФЭУ, 25- рабочий объем прибора Оптико-электронный тракт прибора формируется из трех каналов;

измерительного U1 ti, фонового U 2 ti и контрольного U 3 ti. В отличие от выносного блока, работающего непосредственно в атмосфере, ПЭУ и регистрирующая часть комплекса могут находиться в помещении или в кузове автолаборатории и управлять на расстоянии работой аппаратуры.

При натурных измерениях в атмосфере расчет показателя ослабления атмосферы ti и метеорологической дальности видимости S M ti в произвольный момент времени t i в абсолютных единицах проводится на основе измерений сигналов по всем каналам согласно соотношениям ti A U 30 U 3 ti U1 ti U 2 ti, (1) S M t i 3,91 t i (2) на длине волны 0,55 мкм.

Существенным преимуществом разработанного нами оптико-электронного комплекса “ПОМПА”, по сравнению с эксплуатируемыми в настоящее время (особенно на службах авиации) аналогичными приборами [4], является возможность обеспечения периодического контроля чувствительности аппаратуры во время эксплутации и проведения всех измерений на фоне “черного” зеркала, что обеспечивает высокую чувствительность приемной системы.

Метрологические характеристики аппаратуры “ПОМПА”.

Метрологическая аттестация аппаратуры “ПОМПА” проводилась согласно специально разработанной программе АЕЛ2.766.000ПМА [5]. При аттестации определялись метрологические характеристики, представленные в табл.1.

Экспериментальные исследования метрологических характеристик аппаратуры “ПОМПА” проводились в камере для оптической градуировки, описание которой приведено в [6]. В [5] дается перечень всех средств, применяемых при аттестации аппаратуры, со своими классами точности.

Чувствительность аппаратуры “ПОМПА” к величине коэффициента ослабления атмосферы определялась путем регистрации выходного электрического сигнала аппаратуры при измерении показателя ослабления в чистой газовой среде. Показано, что выходной электрический сигнал аппаратуры “ПОМПА” линейно связан с коэффициентом ослабления атмосферы, и зависимость U=f[()] может быть нормирована в качестве основной метрологической характеристики аппаратуры.





Таблица 1 Метрологические характеристики аппаратуры “ПОМПА” Наименование метрологических Ном. значения Допустимые характеристик и единицы измерений отклонения Чувствительность аппаратуры на четырех А1(0,35) ±15% рабочих длинах волн к величине А2(0,55) ±15% коэффициента ослабления атмосферы, А3(0,70) ±15% км-1/мВ А4(1,10) ±15% Отношение чувствительности аппаратуры при измерениях в чистом воздухе и 2,61 ±0,03 углекислом газе Среднеквадратическое значение основной относительной погрешности прибора при ±15% измерении коэффициента ослабления атмосферы, не более Основным метрологическим параметром в формуле (1) является чувствительность аппаратуры A(0,55).

Основная погрешность измерений чувствительности аппаратуры складывается из погрешностей измерительных цепей и погрешностей определения коэффициентов. Дополнительная погрешность аппаратуры связана с воздействием таких дестабилизирующих факторов, как изменение температуры окружающей среды, изменение напряжения питания, вибрационные нагрузки и др.

Mетрологическому контролю подвергается пороговая чувствительность А(0,55) прибора, погрешность измерения которой не более ±15% (при отношении сигнал/шум, равном 2,8). При изменении температуры окружающей среды от 273 до 313 К (от 0 до 400С) дополнительная погрешность выходных сигналов не превышает 20% от основной погрешности.

2. Универсальный ИК спектральный радиометр “УСР-А”. С целью проведения спектральных и радиометрических исследований параметров атмосферы и тепловых объектов в области длин волн 0,4…14 мкм нами был разработан и изготовлен универсальный спектральный радиометр “УСР-А” [7,8].

Прибор “УСР-А” предназначен для измерения спектральной плотности энергетической яркости и радиационной температуры (или ее перепадов) точечных и протяженных источников ИК излучения в лабораторных и полевых условиях, а также для дистанционного спектрального анализа горячих газовых объектов.

Конструктивно спектрорадиометр выполнен в виде двух блоков: ОМБ и блока электронного управления (БЭУ), электрическая связь между которыми осуществляется посредством кабелей. Полный рабочий спектральный диапазон прибора покрывается с помощью трех комплектов сменных светофильтров и фотоприемников в поддиапазонах: 0,4…1,1 мкм; 2,5…5,5 мкм и 8…14 мкм. Оптическая схема ОМБ показана на рис.2.

Рис. 2. Оптическая схема ОМБ: первичное зеркало объектива; 2- вторичное зеркало объектива; 3- излучение от объекта; 4- убирающееся плоское зеркало; 5- визир; 6модулятор; 7- опорная полость; 8- полевая диафрагма; 9,10- проекционный объектив;

11- диск с интерференционными светофильтрами; 12- чувствительная площадка фотоприемника; 13- дьюар для жидкого азота; 14- зрительная трубка БЭУ конструктивно настольного исполнения; все органы индикации и управления расположены на передней панели БЭУ.

Преимуществом “УСР-А”, по сравнению с существующими аналогами (см., например, [9]), является то, что для расширения функциональных возможностей в области спектральных исследований тепловых объектов, кроме широкополосных интерференционных светофильтров для диапазонов спектра 0,4…1,1; 2,5…5,5 и 8…14 мкм, прибор снабжен также кольцевыми перестраиваемыми светофильтрами [10].

С целью устранения хроматических аберраций в оптическую систему прибора включены две пары (рис. 2) зеркальных проекционных объектива, в фокусах которых установлены светофильтры и приемная площадка фотоприемников.

В 11 дается подробное описание некоторых конструкторских доработок в оптической схеме спектрорадиометра “УСР-А” (добавление входного отклоняющего зеркала) с применением метода воздушного экологического контроля лесных пространств и магистральных газопроводов.

Метрологические характеристики “УСР-А”. Метрологическая аттестация универсального спектрорадиометра проводилась согласно специально разработанной программе АЕЛ2.807.007ПМА [12]. При аттестации определены метрологические характеристики прибора, указанные в табл. 2. При этом применялись необходимые измерительные приборы и средства, указанные в [12]. В этой же работе представлены условия и порядок проведения аттестации. Измерения по определению разности радиационных температур, эквивалентной шуму Тэ.ш, проводились на установке, схема которой приведена в [12]. Величина разности температур, эквивалентной шуму Тэ.ш, определялась по формуле Тэ.ш = U ш К T.

Погрешность оказалась равной 0,05 в пределах ±10%.

Для определения основной приведенной погрешности измерения спектрорадиометром разности радиационных температур на установке устанавливались температуры абсолютно черного тела в интервале 288…2980С и с шагом в 1К, выходные сигналы прибора регистрировались пять раз.

Среднеквадратическое отклонение результата измерений определялось по формуле n

–  –  –

3. Многоканальный аэрозольный спектрометр. Прибор “Масник-А” [13] представляет собой оптико-электронное автоматическое устройство для измерения концентраций и распределения по размерам жидких и твердых частиц аэрозольных образований естественного и искусственного происхождения в лабораторных и полевых условиях.

Конструктивно спектрометр состоит из двух блоков: оптико-электронного датчика (ОЭД) и блока отсчета и управления (БОУ), соединенных между собой кабелем. Принцип действия прибора основан на измерении интенсивности излучения, рассеянного на аэрозольных частицах.

Оптическая схема ОЭД показана на рис. 3.

Рис. 3. Оптическая схема спектрометра “Масник-А”: 1- осветитель; 2- зеркало сферическое; 3- лампа осветительная; 4,9- конденсор со встроенной полевой диафрагмой; 5,7- проекционные объективы; 6- фотометр; 8- зеркало плоское;

10- чувствительная площадь фотоприемника; 11- область рабочего объема Оптические системы осветителя и фотоприемника предназначены для оптического формирования счетного объема (поз. 11 на рис. 3) датчика, представляющего собой светящийся кубик с дискретным изменением его размеров, которое достигается заменой полевых диафрагм, нанесенных на плоские склеиваемые поверхности конденсоров. Перед проведением натурных измерений в атмосфере осуществляется оптическая градуировка спектрометра по стандартным частицам полистирольного латекса [14].

Преимуществом разработанного нами аэрозольного спектрометра, по сравнению с эксплуатируемыми в настоящее время аналогичными приборами [15], является возможность изменения (при эксплуатации прибора) размеров полевых диафрагм осветителя и фотометра, что, в свою очередь, приводит к изменению геометрических размеров рабочего объема (или счетного объема, см. рис.3) прибора, следствием чего является значительное расширение диапазона измеряемых счетных концентраций аэрозольных частиц из окружающего пространства, а также конструктивное исполнение спектрометра “Масник-А” в двух блоках, эксплуатация которых обеспечивает безопасность обслуживающего оператора от возможного вредного воздействия окружающего аэрозоля.

Метрологические характеристики спектрометра “МАСНИК-А”.

Метрологическая аттестация многоканального аэрозольного спектрометра “Масник-А” проводилась согласно специально разработанной программе АЕЛ2.851.002ПМА [16]. При аттестации определены метрологические характеристики прибора, представленные в табл. 3.

Таблица 3 Метрологические характеристики аппаратуры “Масник-А” Наименование метрологических характеристик Допустимые и единицы измерений отклонения Относительная погрешность воспроизводимости градуировочной характеристики прибора при ±15% регистрации монодисперсных эталонных частиц аэрозоля, не более Oтносительная погрешность измерения размеров аэрозольных частиц в диапазоне размеров от 0,4 до ±20% 40 мкм (по радиусу), не более Перечень всех средств, условий, а также порядок и описание измерительной установки для проведения метрологической аттестации изложены в [15].

Относительная погрешность воспроизводимости градуировочной характеристики прибора определяется по формуле du d0 g 100%, (3) d0 где d0 - номинальный размер применяемых эталонных частиц аэрозоля; du – измеренные значения частиц, мкм. Отклонение воспроизводимости градуировочной характеристики прибора оказалось в пределах ±15%.

Для оценки относительной погрешности измерения размеров аэрозольных частиц 0,5 мкм были выполнены все операции, изложенные в [16]. По формуле (3) определена относительная погрешность измерения размеров аэрозольных частиц, которая оказалась в пределах ±20%. При изменении температуры окружающей среды от -40 до 400С дополнительная погрешность измерения размеров аэрозольных частиц не превышала 20% от относительной погрешности измерений.

На вышеописанные оптико-электронные системы нами оформлены три патента на изобретение.

Выводы

1. Разработанные оптико-электронные системы предоставляют возможность проведения дистанционных исследований физико-экологических параметров атмосферы и ИК источников, а также аэрозольной составляющей в окружающем пространстве.

2. Результаты экспериментальных исследований метрологических характеристик разработанных приборов подтверждают высокую точность измерений.

3. Разработанный метод воздушного ИК мониторинга может широко применяться при дистанционном экологическом контроле лесных пространств и магистральных трубопроводов природного газа.

4. Мобильный вариант комплекса созданных измерительных приборов может успешно применяться для оперативной оценки физико-экологического состояния окружающей атмосферы, а также для дистанционных исследований тепловых объектов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Банников А.Г., Рустамов А.К. Охрана природы. 2-е изд., перераб. и доп.- М.:

Агропромиздат, 1985.- 287 с.

2. Попов А.А., Качин С.В. Компьютеризованные аналитические комплексы для экологического мониторинга Приборы и системы управления. - 1994.- № 9. – С. 15-17.

3. Полевой оптико-метеорологический пост-автомат / Р.С. Асатрян, С.Р. Асатрян, Г.Г.

Геворкян и др. // ПТЭ. – 2003. - № 4. – С. 125-126.

4. Руководство по практике наблюдения за дальностью видимости на ВПП и передача сообщений о ней // Международная организация гражданской авиации. Измерители прямого рассеяния. – Dос. 9328 - АN/908.- Изд. 2 - е. – 2000. – С. 49-53.

5. Асатрян Р.С. Раработка и изготовление полевого оптико-метеорологического постаавтомата (“ПОМПА”): Отчет НИОКР (заключ.) п/я -А-1376, № 0928-ДСП.- Ереван, 1987.- 113 с.

6. Установка оптической калибровки измерителя прозрачности атмосферы / Р.С.

Асатрян, С.Р. Асатрян, Г.Г. Геворкян и др. // ПТЕ.- 2004.- № 6.- С. 132-133.

7. Universal Infrared Spectrial Radiometer / R.S. Asatryan, R.A. Epremian, H.G.

Gevorkyan et al // Intern. Journal of IR and MM Waves.- 2003.- V.24, № 6.P. 1035-1046.

8. IR Spectral Method of Monitoring the Industrial Gas Ejections in Atmospere / R.S.

Asatryan, Yu.A. Abrahamyan, H.G. Gevorkyan et al // Dubai Intern. Confer. on Atmospheric Pollufion, 21-24 febr. 2004.- Dubai, UAE-2004.- P. 134-139.

9. Patent Internationally U. S. Pat. 3476914. Dual Channel Radiometer.-1998.

10. Кольцевые перестраиваемые оптические фильтры для области спектра от 1,8 до 5,6 мкм.- ОСТ-5683-84.

11. Асатрян С.Р. Метод воздушного экологического контроля лесных пространств и магистральных газопроводов // Вестник МАНЭБ.- 2011.- Т.16, № 5, вып. 2.- С. 60-64.

12. Асатрян Р.С. Разработка и изготовление ИК спектрорадиометра “Клин”: Отчет НИОКР (заключ.) п/я- А-1376, № 4115-ДСП.- Ереван, 1987.- 143 с.

13. Многоканальный аэрозольный спектрометр / Р.С. Асатрян, С.Р. Асатрян, Л.А.

Вардумян и др. // ПТЭ.- 2004.- № 4.- С. 166-167.

14. Асатрян Р.С., Сидоренко В.И. Оптическая градуировка аэрозольного спектрометра // Тез. докл. III Республ. науч.-техн. конф. “Новые достижения в области приборостроения”.- Ереван, 1987.- С. 29.

15. Шмаргунов В.П., Полькин В.В. Счетчик аэрозольных частиц на базе А3-5 // ПТЭ.С. 165.

16. Асатрян Р.С. Разработка и изготовление аэрозольного спектрометра “Альтернатива”: Отчет НИОКР (заключ.) п/я- А-1376: № 1228-ДСП.- Ереван, 1986.с.

..

-

-

-

- :

:

.,,,, :

<

–  –  –

METROLOGICAL CHARACTERISTICS STUDY OF OPTICALELECTRONIC EQUIPMENT FOR ECOLOGICAL PURPOSES

Scientific research and development work on the elaboration of optico-electronic complex system for physical and ecological atmosphere parameter and thermal source measurements are conducted. The metrological parameters of developed equipment are studied Keywords: atmosphere transparency, liquid and solid aerosal formation, distant infrared monitoring, hearths of fire, the gas ejection into the atmosphere.





Похожие работы:

«ПРАКТИКА ПРИМЕНЕНИЯ В ЕАЭС ТЕХНИЧЕСКИХ РЕГЛАМЕНТОВ В ОБЛАСТИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ Начальник отдела ТНиС в электротехнике, радиоэлектронике и энергосбережении БелГИСС, Чаусов В.Н. тел. +375 17 262 88 54 v.chausov@belgiss.by С 2011 года осуществляется переход от традиционного подтверждения соответствия обязательным для исполнения требованиям на основе соответствия требованиям стандартов к соответствию техническим регламентам ТС и ЕАЭС Традиционный подход (до 2011 г.) Переходный период...»

«ВЕСТНИК ГИУА. СЕРИЯ “ЭЛЕКТРОТЕХНИКА, ЭНЕРГЕТИКА”. 2013. Вып. 16, №1 _ УДК 621.314 ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И СИЛОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА Н.Н. ПЕТРОСЯН, Г.С. КАРОЯН НАКОПИТЕЛИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Исследуются электромагнитные процессы в схемах индуктивно-емкостных накопителей энергии. Определены законы управления зарядного тока, позволяющие получить наиболее оптимальные режимы и параметры преобразователей. Ключевые слова: индуктивно-емкостный преобразователь, накопительный...»

«ЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКА УДК 621.316.1.072 П. Д. Лежнюк, д. т. н., проф.; В. В. Кулик, к. т. н., доц.; А. Б. Бурыкин, к. т. н.; В. В. Тептя ОПТИМАЛЬНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗКИ МЕЖДУ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ СТАНЦИЯМИ В УСЛОВИЯХ ЭНЕРГОРЫНКА В работе исследуется проблема оптимального распределения нагрузки электроэнергетической системы между электрическими станциями. Предложены новые критерии оптимального распределения активной нагрузки между электрическими станциями в современных рыночных условиях....»

«129 ISSN 0536 – 1036. ИВУЗ. «Лесной журнал». 2008. № 2 УДК 630*79:005.1 В.И. Конков Конков Виктор Иванович родился в 1952 г., окончил в 1979 г. Ленинградский электротехнический институт связи им. М.А. Бонч-Бруевича, в 1992 г. Московский технический университет связи и информатики, кандидат экономических наук, доцент кафедры бухгалтерского учета Института экономики, финансов и бизнеса Архангельского государственного технического университета, генеральный директор аудиторской фирмы. Имеет более...»

«ВЕРХОВНЫЙ СУД РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ № 32-АПГ14-24 ОПРЕДЕЛЕНИЕ г. Москва 25 февраля 2015 г. Судебная коллегия по административным делам Верховного Суда Российской Федерации в составе председательствующего Хаменкова В.Б., судей Горчаковой Е.В. и Корчашкиной Т.Е. при секретаре Костереве Д.А. рассмотрела в открытом судебном заседании гражданское дело по заявлению закрытого акционерного общества «Шэлдом» о признании недействующим пункта 2 приказа Министерства культуры Саратовской области от 4 августа...»

«ОТЧЕТ об учебной, методической, научной и воспитательной работе на кафедре «Электроэнергетика и электротехника» за 2010 – 2014 г. 1 Кадровый состав кафедры В настоящее время на кафедре «Электроэнергетика и электротехника» (ЭиЭ) работают 22 преподавателя, из которых 3 внешние совместители. Персональный состав ППС представлен в таблице. Фамилия И.О. Уч. степень Уч. звание Ставка Штат./совм. Ашанин В.Н. (Зав. кафедрой) к.т.н. доцент штатный Герасимов А.И. к.т.н. доцент внутр. совм. 0,5...»

«Секция 2 УДК 628.903.01 Проектирование и разработка курса «Электротехника и основы электроники» на базе технологий электронного обучения e-learning Planning and development Electrical and Electronics Engineers course on the bases of e-learning technology Филимонова Оксана Викторовна, Filimonova Oksana Viktorovna Самарский государственный технический университет, Россия, Самара Samara State Technical University, Russia, Samara oksana201@rambler.ru 443010 г. Самара, ул. Молодогвардейская 103 -17...»

«ОТЧЕТ об учебной, методической, научной и воспитательной работе на кафедре «Электроэнергетика и электротехника» за 2010 – 2014 г. 1 Кадровый состав кафедры В настоящее время на кафедре «Электроэнергетика и электротехника» (ЭиЭ) работают 22 преподавателя, из которых 3 внешние совместители. Персональный состав ППС представлен в таблице. Фамилия И.О. Уч. степень Уч. звание Ставка Штат./совм. Ашанин В.Н. (Зав. кафедрой) к.т.н. доцент штатный Герасимов А.И. к.т.н. доцент внутр. совм. 0,5...»





Загрузка...


 
2016 www.os.x-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Научные публикации»

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.