"замораживаются" не в заданном уравнении, а после понижения его порядка.
Аналитическое представление угловой скорости дрейфа ГСП ю можно получить, произведя
замену У = 1пюр в выражении (9).
С целью проверки требуемой точности аппроксимации истинной скорости ухода ГСП было осуществлено численное моделирование эволюции скорости ухода ГСП на временном интервале
0...104 с. Текущие истинные значения проекций скорости в инерциальной системе координат сравнивались с аналогичными значениями, полученными на основе вычисления найденных аналитических выражений. При этом ошибки аппроксимации не превышали 1,5 %.
Таким образом, полученные результаты позволяют сделать вывод не только о возможности практического применения рассмотренной аппроксимации скорости ухода ГСП, но и о целесообразности ее использования в ИНС подвижных объектов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Разоренов Г. Н, Бахрамов Э. А., Титов Ю. Ф. Системы управления летательными аппаратами. — М.: Машиностроение, 2003. — 582 с.
2. Пупков К. А, Неусыпин К. А. Вопросы теории и реализации систем управления и навигации. — М.: Биоинформ, 1997. — 364 с.
3. Интегрированные инерциально-спугниковые системы: Сб. ст. и докл. / Сост. О. А. Степанов / Под общ. ред. В. Г. Пе-шехонова. — СПб.: ГНЦ РФ-ЦНИИ "Электроприбор", 2001. — 233 с.
4. Несенюк Л. П. Бесплатформенные инерциальные навигационные системы. Обзор состояния и перспектив развития // Мат. III конф. мол. уч. / Под общ. ред. В. Г. Пеше-хонова. — СПб.: ГНЦ РФ — ЦНИИ "Электроприбор", 2001. —244 с.
5. Соколов С. В., Половинчук Н. Я. Теоретические основы синтеза автономных помехоустойчивых бесплатформенных навигационных систем. — Ростов-на-Дону: МО РФ, 1997. —380 с.
6. Степанов О. А. Применение теории нелинейной фильтрации в задачах обработки навигационной информации. — СПб.: ГНЦ РФ — ЦНИИ "Электроприбор", 2002. — 370 с.
7. Ишлинский А. Ю. Ориентация, гироскопы и инерциальная навигация. — М.: Наука, 1976.
8. <www.honeywell.com>
9. Хлебников Г. А. Начальная выставка инерциальных навигационных систем. — М.: МО, 1994. — 236 с.
Статья представлена кафедрой систем управления ракет Ростовского военного института Ракетных войск им. Главного маршала артиллерии М. И. Неделина.
Елена Григорьевна Чуб — преподаватель кафедры;
Вадим Алексеевич Погорелов — канд. техн. наук, доцент;
Татьяна Викторовна Клодина — канд. физ.-мат. наук, доцент.
E-mail: vadim-pva@narod.ru □
УДК 681.527.5
О ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ГИБРИДНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
С. А. Задворнов, А. А. Соколовский
Проанализированы вопросы пожаровзрывобезопасности волоконно-оптических систем с высокими уровнями мощности оптического излучения. Показано, что предельным уровнем мощности, при которой систему можно считать взрывобезопасной при самых неблагоприятных условиях, является уровень 40...50 мВт в оптическом волокне с диаметром сердцевины 100 мкм.
Современные волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) зачастую характеризуются значительными (десятки милливатт и более) уровнями мощности передаваемого оптического излучения. Высокие уровни мощности присутствуют на магистральных ВОЛС, системах связи с плотным спектральным уплотнением (DWDM), на линиях, оснащенных оптическими усилителями (EDFA). Другим современным примером могут служить гибридные волоконно-оптические измерительные системы, в которых волоконный световод выполняет роль тракта передачи оптического излуче-
ния, используемого для питания удаленных в зону измерений чувствительных элементов [1, 2]. Так как зачастую подобные волоконные системы находят применение в условиях агрессивных и взрывоопасных сред, проблема обеспечения безопасной эксплуатации этих систем стоит особенно остро. Традиционно считается, что волоконно-оптические измерительные системы абсолютно взрывобезопасны благодаря отсутствию в тракте передачи электрических элементов. Однако это справедливо только для относительно низких уровней мощности передаваемого оптического
излучения. В настоящей работе делается попытка дать ответ на вопрос о том, какие уровни мощности можно считать взрывобезопасными в различных условиях применения гибридных измерительных систем.
Функциональные схемы упомянутых измерительных систем наряду с пассивными оптическими элементами содержат элементы традиционной электротехники и электроники. Вопросы обеспечения взрывобезопасности электрооборудования к настоящему времени изучены достаточно хорошо и отражены в нормативно-технической литературе и соответствующих стандартах. В соответствии с этими стандартами даже в среде, характеризующейся наиболее взрывоопасной категорией (например 11С), электрооборудование считается взрывобезопасным, если в его схеме отсутствуют разности потенциалов, превышающие 5 В и элементы с емкостью, превышающей 1000 мкФ. Типовые схемы построения источников питания для гибридных датчиков на таких элементах, как ЖГ1400, МАХ1674-МАХ1676 и других, заведомо удовлетворяют требованиям по взрывобезопас-ности электрооборудования в соответствии со стандартом [3].
Тем не менее, вопрос обеспечения взрывобе-зопасности этих измерительных систем в целом имеет некоторые особенности. Это обусловлено наличием в функциональной схеме волоконно-оптического тракта, по которому распространяется оптическое излучение высокой (20 мВт и более) мощности. Если по каким-либо причинам (например, разрыв оптического световода) это излучение распространяется во взрывоопасной среде, создается потенциальная угроза воспламенения или взрыва [4]. Актуальность проблемы подчеркивается тем, что существующие нормы и стандарты имеют ограниченную применимость в вопросах, касающихся воспламенения под воздействием оптического излучения горючих и взрывоопасных материалов (в том числе жидкостей и газов). Это связано с тем, что механизм воспламенения под воздействием мощного оптического излучения носит достаточно специфический характер.
В соответствии с нормами стандарта [5], параметрами и свойствами, характеризующими взры-воопасность среды, являются температура вспышки, концентрационные и температурные пределы воспламенения, температура самовоспламенения, нормальная скорость распространения пламени, минимальное взрывоопасное содержание кислорода (окислителя), минимальная энергия зажигания, чувствительность к механическому воздействию (удару и трению). По определению стандарта [6] минимальная энергия зажигания — это наименьшая энергия электрического разряда,
способная воспламенить наиболее легко воспламеняющуюся смесь горючего вещества с воздухом. Так как электрический разряд не участвует в поджиге (детонации) взрывоопасной смеси при воспламенении оптическим излучением, мы можем исключить из рассмотрения такой параметр, как минимальная энергия зажигания. В дальнейшем будем предполагать, что под воздействием оптического излучения опасность воспламенения возникает при достижении в каком-либо локальном объеме среды температуры, равной или превышающей температуру самовоспламенения.
Длина волны оптического излучения, распространяющегося по оптическому световоду, как правило, лежит в диапазоне 0,8... 1,5 мкм. На основании справочных данных, а также общих представлений о молекулярной структуре горючих и взрывоопасных соединений, список которых приведен в стандарте [7], можно утверждать, что в спектральной области 0,8...1,5 мкм у этих соединений нет сильных линий и областей поглощения. Поэтому в отсутствие поглощающих примесей непосредственный разогрев оптическим излучением горючих и взрывоопасных соединений [7] до температур самовоспламенения маловероятен. В то же время, при наличии в атмосфере, в которой распространяется мощное оптическое излучение, поглощающих частиц, возможен их разогрев до температур, превышающих температуру самовоспламенения взрывоопасного компонента атмосферы.
В работе [8] определялись условия воспламенения угольной пыли с концентрацией от 200 до 800 г/м3. Было показано, что при концентрации пыли менее 200 г/м3 воспламенение не происходит при уровне мощности излучения, достигающем 5 Вт. Это говорит о том, что характер воспламенения оптическим излучением взвеси поглощающей пыли (например, угольной) носит вероятностный характер и не может лежать в основе критерия взрывобезопасности, поскольку любая частица, находящаяся вблизи волокна (либо просто загрязненный торец световода) может быть нагрета излучением до температуры самовоспламенения взрывоопасной среды. В этой связи представляется целесообразным рассмотрение именно предельных случаев, например модельных ситуаций, в которых разогрев поглощающих частиц происходит в непосредственной близости от торца оптического световода т. е. в области, где плотность излучения максимальна.
В качестве эксперимента, моделирующего разогрев оптическим излучением крупных частиц, был поставлен следующий опыт. В качестве "частицы" использовался датчик температуры TMP-05BRT производства Analog Devices (США),
р = Kd (Т - ТО),
(1)
где То — температура окружающей среды; d — характерный размер частицы; К — коэффициент, зависящий от свойств окружающей среды.
Соотношение (1) справедливо в предположении, что тепловое излучение частицы Рга^ (которое можно оценить по классической формуле Ргас1 = аТ4, где а — постоянная Больцмана) пре-
небрежимо мало в сравнении с основным механизмом теплообмена. Допуская также, что значение К остается постоянным при изменении температуры частицы, температуру частицы можно оценить из соотношения:
Т = КР + Т»-
(2)
Зависимость температуры датчика от мощности излучения
отличающийся малой массой (14,4 мг) и габаритами (корпус SOT-23-5), а также высокой точностью в диапазоне -40...+150 °С. Источником излучения служил полупроводниковый лазер с длиной волны излучения 0,98 мкм и мощностью излучения (в оптическом волокне 100/125 мкм) 600 мВт (28 дБм) при токе накачки 1 А. Мощность излучения контролировалась с помощью измерителя оптической мощности FOD-1204H [9, 10], который имеет заводскую калибровку на длину волны 0,98 мкм и диапазон измерений -50...+27 дБм.
Торец волокна подводился к датчику на расстояние 0,4...0,5 мм. Падающее излучение полностью поглощалос
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.