В июне 2002 г. исполняется 30 лет со дня основания кафедры "Электрооборудование и автоматика судов" (ЭАС) и выпуска первых инженеров-электромехаников по эксплуатации судового электрооборудования и средств автоматики Астраханского государственного технического университета. За этот период выпущено 1570 специалистов, успешно работающих на различных предприятиях региона и отрасли.
Кафедра ЭА С ведет научную работу по следующим основным направлениям:
• методы и средства автоматизации электромеханических и судовых электроэнергетических
систем;
• интеллектуальные датчики и системы.
Работы по первому направлению возглавлял основатель кафедры проф. М. Г. Рябцев. Исследования по различным аспектам данного направления в разные годы проводили: кандидаты техн. наук доценты В. Н. Маштаков, В. А. Черняев, И. В. Гайдуков, Ш. А. Турпищев, И. В. Сенкевич, А. В. Кипер, В. Н. Борисов; доцент А. П. Будников, ст. препод. Н. Г. Романенко, асс. П. В. Фомин и др.
Работы по второму направлению проводятся под руководством д-ра техн. наук проф. А. И. Надеева, который возглавил кафедру в 2000 г. Исследования по этому направлению проводят преподаватели и сотрудники кафедры: кандидаты техн. наук. Р. О. Кузнецов, канд. техн. наук А. И. Мащенко, аспиранты С. В. Кононенко, М. Ю. Радов и др.
Для предприятий и организаций могут быть интересны внедренные результаты научных исследований такие, как системы автоматического регулирования дизель-генераторами; системы связанного регулирования для передачи грузов в море; энергосберегающие электротехнические комплексы с преобразователями частоты; интеллектуальные магнитострикционные преобразователи параметров движения.
УДК 681.586.785
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ИНФОРМАЦИИ
А. И. Надеев
Сформулированы основные функциональные, морфологические признаки интеллектуального преобразователя, дано его определение. Показаны цели и возможности интеллектуализации магнитострикционных преобразователей перемещений. Сформулированы основные проблемы развития теории интеллектуальных магнитострикционных преобразователей.
ВВЕДЕНИЕ
Развитие информационных технологий привело в последние годы к скачкообразному повышению интеллектуальности систем автоматики и их элементов. Сейчас уже можно говорить о становлении нового научного направления в общей теории управления — теории интеллектуальных систем управления [1]. Получает развитие теория интеллектуальных измерительных систем [2, 3], интеллектуальных средств измерения [4—6] и интеллектуальных датчиков, измерительных преобразователей, сенсоров [7—17].
Несмотря на явный всплеск числа публикаций, освещающих теоретические и прикладные аспекты нового научного направления, в области интеллектуального управления еще нет устоявшейся терминологии и однозначного понимания существа протекающих в подобных системах процессов [1].
В то же время ряд свойств, присущих информационным технологиям, многими авторами признаются как объективно характеризующий наличие интеллекта.
Информационные технологии представляют собой процедуры получения, преобразования, обработки, представления и хранения информации, выполняемые с применением средств вычислительной техники и предназначенные для интеллектуальной поддержки различных видов деятельности человека [18].
Сенсоры, измерительные преобразователи и датчики являются первыми и важнейшими элементами в информационной технологии, поскольку именно они дают начало цепочке операций по получению и преобразованию информации. Отсюда их базовое значение для всех областей науки, промышленности и коммерческой деятельности [8]. Общепризнанно, что создание интеллектуальных преобразователей (датчиков, сенсоров) —
одно из главных направлении их дальнейшего развития [2-6, 11].
Интеллектуальный преобразователь традиционно определяют через формулирование перечня функциональных возможностей и морфологических признаков [3, 5, 15, 16], характеризующих интеллектуальность. Такое определение нельзя считать установившимся, поскольку перечень функциональных возможностей непрерывно совершенствуется.
Определение интеллектуального преобразователя в стандарте 1С С С Р1451 [17] как преобразователя, выполняющего функции сверх необходимых для формирования правильного представления измеряемой или управляющей величины, нельзя признать очень удачным. Например, такие стандартные функции интеллектуального преобразователя, как линеаризация выходной характеристики, компенсация влияния окружающей среды и т. п., нельзя считать функциями, сверх необходимых для формирования точного представления измеряемой величины.
На наш взгляд, с учетом изложенных соображений, интеллектуальный преобразователь можно определить как конструктивно завершенное устройство для преобразования входной физической величины в электрический цифровой сигнал с реализацией информационных технологий.
Наряду со своей основной функцией преобразования интеллектуальные преобразователи должны также выполнять некоторые или все из следующих функций:
• питание (возбуждение) первичного преобразователя;
• восприятие измеряемого параметра, преобразование его в электрический сигнал;
• усиление аналогового сигнала, его фильтрация и цифровое преобразование;
• коррекция выходной характеристики (линеаризация и т. п.);
• компенсация влияния окружающей среды (температуры, давления, помех и т. п.) с целью коррекции выходного сигнала;
• получение дополнительной информации (многофункциональность);
• подключение в систему контроля и управления;
• самодиагностирование и автоматическая коррекция;
• выполнение логических управляющих операций и принятие решения о последовательности их выполнения;
• включение алгоритмов, проверяющих истинность выдаваемых результатов.
В расширении функциональных возможностей интеллектуальных преобразователей заключается одно из главных направлений их разработки.
Основные морфологические характеристики интеллектуальных преобразователей [3]:
— непосредственное вычисление измеренной физической величины с коррекцией дестабилизирующих факторов на уровне датчика (вместо учета калибровочных коэффициентов на уровне центральной ЭВМ);
— цифровой сигнал вместо аналогового;
— возможность идентификации датчика;
— двухсторонняя связь с ЭВМ верхнего уровня или сетью;
— реализация непосредственно в преобразователях функций обработки сигнала;
— возможность самодиагностики и дистанционного обслуживания.
В архитектуре интеллектуальных средств измерений должны быть предусмотрены наличие и взаимодействие компонентов четырех типов: первичного преобразователя, аналого-цифрового преобразователя, микропроцессора (МП) и памяти.
В зависимости от применяемых средств вычислительной техники интеллектуальные измерительные преобразователи можно разделить на [19]:
— автономные со встроенным микропроцессором;
— управляемые компьютером, работающие как автономно, так и в связке с компьютером;
— выполненные на основе компьютера, работающие только в связке с компьютером;
— выполненные на плате (¡т^итеп^оп-а-сагё), — когда электронная часть преобразователя установлена на системной шине ЭВМ, и управляется компьютерными программами.
Проблеме создания интеллектуальных преобразователей и датчиков посвящено много работ, однако в области магнитных и магнитострикционных преобразователей и датчиков здесь сделаны лишь первые шаги
[9, 11].
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (МПП)
Выполненный анализ принципов построения МПП позволяет сделать вывод о перспективности их интеллектуализации.
В соответствии с общей концепцией построения интеллектуальных систем автоматического управления автором предложена обобщенная структурная схема интеллектуального МПП (рис. 1).
В общем случае интеллектуальный МПП содержит первичный магнитострикционный измерительный преобразователь перемещений МПП, аналого-цифровой преобразователь АЦП и микропроцессор МП с соответствующим программным обеспечением и памятью. Кроме того, может быть предусмотрена двухсторонняя связь с системной ЭВМ.
Основу магнитострикционного измерительного преобразователя составляет механически плавно регулируемая ультразвуковая линия задержки с ферромагнитным проволочным, трубчатым или ленточным волноводом, возбуждение и считывание ультразвуковых импульсов в котором осуществляется магнитострикци-онным способом.
Главными элементами МПП (рис. 2) являются входной и выходной электроакустические преобразова-
Рис. 1. Обобщенная структурная схема интеллектуального МПП
Рис. 2. Схемы интеллектуальных МПП непосредственного преобразования на продольных (а) и крутильных (б) волнах:
1 — звукопровод; 2 — демпферы; 3 — выходной ЭАП; 4— входной ЭАП; 5 — постоянный магнит
тели (ЭАП), связанные общим звукопроводом. Процесс преобразования входного электрического сигнала в ультразвуковой, происходящий во входном ЭАП, основан на прямом магнитострикционном эффекте (механической деформации ферромагнетика при изменении его намагниченности) — эффекте Джоуля, вторичное преобразование ультразвукового сигнала в электрический в выходном ЭАП основано на обратном магнито-стрикционном эффекте (изменении намагниченности ферромагнетика при его деформации) — эффекте Вил-лари. Информацией о перемещении служит интервал времени распространения ультразвука по звукопроводу между ЭАП: /у = гХ/У, где Х^ обобщенное (линейное, угловое) перемещение; р — коэффициент чувствительности, определяемый способом образования временного интервала; К^ скорость распространения ультразвуковой волны по звукопроводу.
В МПП используются продольные и крутильные объемные акустические волны, так как возбуждение и считывание объемных волн возможно при наличии воздушного зазора.
Сформулируем цели и задачи интеллектуализации МПП.
Автоматизация работы МПП позволяет:
• определить оптимальную по быстродействию тактовую частоту;
• формировать оптимальные по амплитуде и длительности импульсы возбуждения ультразвука;
• осуществлять цифровое управление коэффициентом усиления усилителя считывания;
• выделять экстремумы сигналов считывания;
• формировать цифровые коды измерительн
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.