Медицинские и биологические измерения
раций одного человека показала, с одной стороны, полную идентичность получаемых результатов (формул ФСО), а с другой, что вариабельность ритма может быть фактором прогноза ФСО при анализе параметров ВСР по временной серии регистраций.
Л и т е р а т у р а
1. Баевский Р. М., Берсенева А. П. Введение в донозоло-гическую диагностику. М.: Фирма «Слово», 2008.
2. Heart rate variability. Standards of measurement, physiological interpretation, and clinical use. Task Force of The Euro-
pian Society of Cardiology and The North American Society of Pacing and Electrophysiology // European Heart J. 1996. V. 17. P. 354—381.
3. Кузнецов А. А. Методы анализа и обработки электрокардиографических сигналов: Новые подходы к выделению информации / Монография. Владимир: ВлГУ. 2008.
4. Прилуцкий Д. А. и др. Накопитель ЭКГ «AnnA Flash2000» // Методы и средства измерений физических величин. Н. Новгород: НГТУ. 2006. С. 31.
Дата принятия 11.02.2010 г.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
681.1/.2:621.3.088.3
Повышение точности промышленных анализаторов методом автоматической коррекции по «референтной» величине
М. А. КАРАБЕГОВ
Научно-производственное объединение «ЦНИИТМАШ», Москва, Россия,
e-mail: karabegov@rambler.ru
Рассмотрены методология и схемы повышения точности промышленных анализаторов методом автоматической коррекции по «референтной» величине.
Ключевые слова: промышленный анализатор, автоматическая коррекция, «референтная» величина.
The procedure and diagrams of automatic correction by «reference» quantity for accuracy increase for industrial analysers are considered.
Key words: industrial analyser, automatic correction, «reference» quantity.
Развитие новых технологий, диверсификация экономики, модернизация традиционных технологических комплексов, сложность контролируемых технологических и природных объектов и сред, тяжелые и часто экстремальные условия эксплуатации ставят новые задачи по развитию аналитического приборостроения, требуют новых подходов по обеспечению достоверности и инвариантности результатов измерений. Аналитические промышленные автоматические измерительные приборы (анализаторы) специфичны, определяют прямые показатели качества объектов — состав и свойства, основаны на различных физических методах. Для их аттестации применяют характерные методы и средства метрологического обеспечения. Круг задач, решаемых при помощи промышленных анализаторов, чрезвычайно широк: измерения физико-химических параметров жидких, газообразных и твердых сред на промышленных объектах в статике и динамике, в энергетике, агрохимии и экологии, для
авиационных и космических нужд, в условиях подводного и надводного флотов и др. Измерения выполняют или с отбором проб в лабораторных условиях в соответствии с методиками измерения, или непосредственно в промышленных условиях в автоматическом режиме с использованием анализаторов (проточных, погружных и пр.), встроенных в технологические линии или подключаемых к контролируемым объектам, или часто комплексно. При проведении технологических измерений, особенно в автоматическом режиме, важная задача — обеспечение точности их результатов при длительной эксплуатации в сложных условиях и значительном влиянии различных дестабилизирующих факторов.
Для автоматических анализаторов в условиях промышленной эксплуатации наиболее существенными являются помехи, обусловленные флуктуациями параметров звеньев приборов, контролируемых сред и объектов, внешних усло-
вий. Природа и значения помех могут зависеть от следующих факторов:
внутренних флуктуаций компонентов схем и конструкций анализаторов, зависящих от режимов работы, старения, загрязнений, влияний внешних условий и пр.;
качества сырья, включая состав и концентрацию примесей, флуктуаций (в том числе неконтролируемых) параметров измеряемых сред, объектов, технологических процессов, которые могут проявляться как неинформативные параметры;
колебаний окружающей температуры, давления, влажности, напряжения и частоты электропитания, ударных и вибрационных воздействий и др.
Формирование результата измерения происходит при влиянии всех видов помех, возникают аддитивные и мультипликативные погрешности. Инвариантность результатов измерений к влиянию помех может быть обеспечена на основе реализации алгоритмов автоматической коррекции: параметрической, структурной и по «референтной» (с достоверно известным значением) величине [1].
При параметрической коррекции осуществляются оптимизация схем, конструкций, элементной базы; стабилизация режимов модулей и компонентов, напряжения и частоты электропитания, давления и расхода контролируемых сред; гашение вибраций, ударных нагрузок; фильтрация, тер-мостатирование. В результате параметры звеньев измерительных систем стабилизируются, влияние помех уменьшается или устраняется. Пример реализации параметрической коррекции показан на схеме анализатора концентрации органических веществ (органики), находящихся в природной воде (рис. 1).
Принцип действия анализатора основан на корреляции концентрации органики с коэффициентом пропускания природной воды в ультрафиолетовой (УФ) области спектра при X = 254 нм. Анализатор выполнен в виде проточного УФ-фотометра. Важным элементом схемы является УФ дейте-риевая лампа 1, для обеспечения стабильности излучения которой конструкция и параметры электропитания требуют
3 -
Рис. 1. Структурная схема УФ-анализатора органических веществ в воде: 1 — дейтериевая лампа; 2 — оптическая система; 3 — проточная кювета; 4 — фотоприемник; 5 — измерительное устройство; 6, 17 — конструктивные модули; 7, 9 — устройства для регулирования режимами анода и катода; 8, 10, 11 — источники тока накала лампы; 12, 19 — расширители импульсов; 13, 18 — компараторы; 14, 16 — источники опорного напряжения; 15 — дифференциальный усилитель
специальных решений. Излучение источника оптической системой 2 направляется в проточную кювету 3. Вышедшее из кюветы излучение регистрируется фотоприемником 4. Измерительное устройство 5 преобразует сигнал фотоприемника и формирует выходной сигнал анализатора. В процессе эксплуатации и по мере выработки ресурса лампы согласно алгоритму работы схемы соответствующие модули регулируют ее параметры электропитания, поддерживая интенсивность УФ-излучения на постоянном уровне. В результате обеспечивается точность и стабильность результатов измерений анализатора в условиях длительной эксплуатации [2].
Структурная коррекция основана на положениях структурного анализа и различных логических построениях измерительных систем анализаторов. Распространенной версией алгоритма структурной коррекции является формирование в измерительной системе анализатора дополнительного канала (коррекции), сигнал которого и информативный сигнал обрабатываются в вычислительном устройстве по специальным алгоритмам, обеспечивая инвариантность выходного сигнала к влиянию помех. В качестве примера на рис. 2 представлена схема позиционной лазерной измерительной системы, предназначенной для контроля геометрических параметров механических деталей и узлов в процессе их изготовления на станке. Луч лазера 1 после контакта с контролируемым объектом 3 попадает на пози-ционно-чувствительный фотоприемник 4, формирующий информативный сигнал и установленный под непрямым углом к лазерному лучу. Оптическая система 2 проецирует эллиптическую форму сечения излучения лазера. На поверхности фотоприемника 4 проекция излучения становится круглой, что обеспечивает одинаковый масштаб измерений по координатам, а его расположение не допускает обратного хода луча и позволяет измерять интенсивность отраженного луча 5 лазера 1.
В процессе эксплуатации в измерительной системе могут возникать помехи из-за чувствительности позиционного фотоприемника к амплитудно-фазовым флуктуациям излучения, обусловленным нестабильностью интенсивности излучения лазера во времени, затуханием излучения вследствие поглощения и рассеяния в среде распространения, влиянием эффекта дополнительного внешнего оптического резонатора, создаваемого поверхностью фотоприемника с апертурой лазера и др. Для обеспечения инвариантности к влиянию помех в схему введен дополнительный канал, сформированный излучением лазера, отраженным от поверхности позиционного фотоприемника 4. Отраженный луч 5 регистрируется амплитудно-чувствительным фотоприемником 6, который фиксирует текущую интенсивность излучения и формирует сигнал коррекции. Сигналы обоих фотоприемников преобразуются в устройствах 7, 8, 10, 11 и поступают в вычислительное устройство 9. Последнее формирует выходной сигнал по алгоритму, приводящему к инвариантности результата измерений к флуктуациям интенсивности излучения лазера и другим низкочастотным флуктуациям звеньев системы.
Благодаря этому повышаются точность, стабильность и помехоустойчивость измерительной системы в условиях длительной эксплуатации, расширяется диапазон измерения вследствие устранения амплитудно-фазовых искажений и учета флуктуаций интенсивности излучения лазера в тракте прохождения луча [3].
Автоматическая коррекция по «референтной» величине весьма эффективна, в особенности для промышленных анализаторов (комплексов, систем) со сложной структурой. В качестве «референтной» наиболее часто применяют измеряемую величину с достоверно известным значением или физический эквивалент измеряемой величины — имитатор со стабильными характеристиками, близкими к характеристикам измеряемой величины, достоверные значения которых получены в соответствии с необходимыми метрологическими процедурами.
В режиме автоматической коррекции восприятие измеряемой величины временно прекращается, в анализатор подается ее «референтное» значение, помехи корректируются (исключаются или компенсируются), затем режим измерения восстанавливается. В некоторых случаях в сложных анализаторах, в том числе включающих устройства для подготовки проб (дозаторы, фильтры, нагреватели, холодильники, термостаты и др.), для воздействия на контролируемую среду (формирование температурного поля при электрическом нагреве, искре, пламени, плазме и др.),
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.