О качественном различии процессов статической и динамической калибровки виброметров, использующих размытие изображения круглой метки

трубе блока датчиков установлены интегральные датчики температуры.

Принцип измерения уровня датчиком ПМП-2 01 основан на использовании эффекта магнитострикции, который заключается в следующем. Трубка датчика соединяется с пьезокерамическим датчиком в трансмиттере, который с помощью приспособления прикреплен к противоположному концу трубки датчика. Трубка проходит через отверстие в центре поплавка. Чтобы найти поплавок, передатчик посылает короткий импульс тока по трубке датчика, возбуждая магнитное поле вдоль всей его длины. Одновременно включается схема синхронизации. Поле сразу взаимодействует с полем, создаваемым магнитом в поплавке. Общий эффект в том, что в течение короткого времени пока ток течет, в трубке создаётся противодействующее поле. Это поле отражает импульс обратно к пьезокерамиче-скому датчику с аналогичной скоростью. Когда датчик обнаруживает обратный импульс, он производит электрический сигнал, который уведомляет схему, что волна прибыла, и останавливает таймер. Схема синхронизации измеряет интервал времени между началом импульса тока и прибытием волны. Из этой информации вычисляется точное

Метрологичес

расположение поплавка. Измерение плотности осуществляется с помощью поплавка плотности, уровень погружения которого зависит от плотности жидкости. По взаимному расположению поплавков уровня и плотности определяется глубина погружения поплавка плотности, и, соответственно, и сама плотность [7]. Измерение температуры осуществляется с помощью интегральных датчиков температуры, равномерно распределенных по направляющей.

Датчик ПМП-2 01 относится к интеллектуальным датчикам, так как в своем составе содержит микропроцессорные системы обработки измерительной информации, использование которых позволяет не только повысить точность преобразования датчика благодаря возможности его индивидуальной градуировки, линеаризации функции преобразования, компенсации влияния воздействующих факторов (температуры, внешних электромагнитных полей, агрессивных сред и т. д.), но и реализовать функции самодиагностики, хранения данных и связи с другими измерительными каналами. Метрологические характеристики датчика ПМП-201 приведены в таблице 1.

Таблица 1

! характеристики

Наименование характеристики Значение

Длина направляющей, мм от 500 до 6000

Нижняя / верхняя неизмеряемые зоны, мм, не менее 25 / 15

Пределы допускаемой основной погрешности измерения уровня, мм ±1

Диапазон температуры контролируемой среды, °С от минус 50 до плюс 60

Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерения температуры, °С от ±0,5

Диапазон плотности контролируемой среды, кг/м3 от 500 до 1500

Пределы абсолютной погрешности измерения плотности, кг/м3 от ±1

Заключение.

Для компенсации наклонов локомотива в пути следования можно использовать несколько датчиков, которые могут быть размещены в разных точках бака. Информацию об уровне и температуре топлива, полученной с помощью датчиков ПМП-201, можно передавать в блок учета топлива, который можно разместить в кабине локомотива. Датчик ПМП-201 внесен в государственный реестр средств

измерения, что позволяет использовать его в сферах государственного надзора.

Таким образом, использование датчиков ПМП-201 в системе контроля дизельного топлива позволит контролировать уровень топлива с погрешностью, не превышающей ±1мм, что в пересчете на объем бака не превышает ±7л. Традиционный метод контроля по мерному стеклу допускал потери топлива до 200 л.

ЛИТЕРАТУРА

1. Балабин В.Н. Существующие системы измерения расхода топлива. / В.Н. Балабин, В.В. Домогацкий. // Локомотив. - 2003. - №2. - C. 30-32.

2. Головаш А.Н. О рациональном использовании дизельного топлива. / А.Н. Головаш, С.Н. Должиков, В.Ф., Тарута// Локомотив. - 2004. - №4. - С. 14-17.

3. Эффективный путь экономии топлива на маневровой работе. // Электрическая и тепловозная тяга.

- 1971. - №7. - С. 18.

4. Мурашкина Т.И., Архипов А.В., Пивкин А.Г., Серебряков Д.И. Волоконно-оптическая система измерения уровня топлива // Труды международного симпозиума Надежность и качество. - 2 012. - № 2.

- С. 15.

5. Магнитострикционный уровнемер-плотномер ПМП-201 [Электронный ресурс] http://www.nppsensor.ru/catalog/showproduct/6

6. Магнитострикционные преобразователи уровня и плотности топлива для систем мониторинга наземных транспортных средств / Е. С. Демин // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2017. - № 4 (44). - С. 24-36.

7. Горелик А.В., Журавлев И.А., Веселова А.С. Модели и методы анализа надежности и эффективности функционирования объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта // Труды международного симпозиума Надежность и качество. - 2014. -№ 1. - С. 174-176.

УДК 004.932.2

Григорьев А.В., Фомин М.В., Наумова И.Ю., Трусов В.А. Пензенский государственный университет, г. Пенза, Россия

О КАЧЕСТВЕННОМ РАЗЛИЧИИ ПРОЦЕССОВ СТАТИЧЕСКОЙ И ДИНАМИЧЕСКОЙ КАЛИБРОВКИ ВИБРОМЕТРОВ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ РАЗМЫТИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ КРУГЛОЙ МЕТКИ

Проанализирован процесс формирования измерительного сигнала вибрационного перемещения, формируемого виброметрами, использующими размытие изображения метки круглой формы. Представлена и проанализирована схема статической калибровки таких виброметров. Проведен предметный анализ изображений матрицы круглых меток на исходной и приближенной позициях перемещения исследуемой материальной точки. Представлены основные соотношения, необходимые для вычисления перемещения исследуемой материальной точки по аппликате. Проведен сравнительный анализ процессов формирования измерительного сигнала при статическом и динамическом перемещениях исследуемой материальной точки по аппликате. Ключевые слова:

ВИБРОМЕТР, РАЗМЫТИЕ, ИЗОБРАЖЕНИЕ, КРУГЛАЯ МЕТКА, ВИБРАЦИОННОЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ, РЕГИСТРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, РАСФОКУСИРОВАНИЕ, АППЛИКАТА, ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ СИГНАЛ, ИЗМЕРЯЕМАЯ ВЕЛИЧИНА, МАТЕРИАЛЬНАЯ ТОЧКА, СТАТИЧЕСКАЯ КАЛИБРОВКА, ДИНАМИЧЕСКАЯ КАЛИБРОВКА, МАТЕРИАЛЬНАЯ ТОЧКА, АМПЛИТУДА

1 Эффект расфокусирования изображения круглой метки при изменении ее расстояния от регистрирующего устройства

Принцип действия виброметров, использующих размытие изображения круглой метки, заключается в следующем. На поверхность объекта контроля наносится одна или несколько меток круглой формы. Регистрирующее устройство, например, цифровая фотокамера, фиксирует изображения этих круглых меток при отсутствии и при наличии вибрации. В основу измерения аппликаты вибрационного перемещения положен эффект расфокусирования изображения круглой метки при изменении расстояния от ее оригинала до регистрирующего устройства. Если это расстояние увеличивается, то радиус изображения круглой метки уменьшается. Если же это расстояние уменьшается, то радиус изображения круглой метки увеличивается. Таким образом, измерительным сигналом перемещения исследуемой материальной точки является приращение радиуса изображения круглой метки.

На рис. 1 представлена схема статической калибровки виброметров, использующих размытие изображения круглой метки

Рисунок 1 - Схема статической калибровки виброметров, использующих размытие изображения круглой метки

На рис. 2 представлены два изображения матрицы круглых меток: одно четкое: на исходной позиции перемещения, а другое — расфокусированное на приближенной позиции перемещения.

Рисунок 2 - Изображения матрицы круглых меток — исходное и расфокусированное

Вибродиагностика технических объектов, таких, как здания и сооружения, машины и механизмы, радиоэлектронная аппаратура является перспективным средством обнаружения дефектов в латентной их фазе, когда они еще не приводят к отказу оборудования и не ухудшают качества его работы [1]. Контактные средства измерения вибраций, даже такие продвинутые, как волоконно-оптические [2], имеют ограниченный диапазон по частоте измеряемых вибрационных воздействий и не поддерживают векторное измерение вибрации. В мире имеется опыт создания контактных векторных датчиков для измерения вибрации, но эти датчики пока не получили широкого распространения. Настоящая статья посвящена развитию уникальной технологии бесконтактной векторной виброметрии, в основу которой положен анализ размытия изображения круглой метки [3-14].

2 Основные соотношения восстановления измеряемой величины по измерительному сигналу

Амплитуда Аг вибрационного перемещения исследуемой материальной точки определяется по формуле:

А = РА , (1

где Ьг — измерительный сигнал — приращение радиуса изображения метки; рг — коэффициент пропорциональности.

Для определения коэффициента пропорциональности рг фотокамеру при отсутствии вибрации первоначально позиционируют на некотором расстоянии Н от объекта контроля и измеряют радиус изображения метки на исходной позиции перемещения 1о. После этого камеру приближают к метке на некоторое расстояние Аг1. Изображение метки увеличивается. В обеих позициях регистрирующего устройства измеряют радиусы изображений метки 1г1 и 1о, соответственно. Калибровочное приращение Ьг1 радиуса изображения метки вычисляют по формуле:

4: = 4 - ¡а

Коэффициент рг вычисляют по формуле:

Рг =

Ах 4,

После этого камеру возвращают на исходную позицию, и система готова к измерениям. На этапе основных измерений при наличии вибрации измеряют радиус 1г каждого из размытых вибрацией изображений меток матрицы. Вибрационное приращение радиуса изображения метки Ьг вычисляют по формуле:

4 = 4 - ¡о •

изображения

Радиус формуле:

метки г±,

вычисляют по

П

где Б^ — площадь изображения метки.

3 Формирование измерительного сигнала при статическом перемещении исследуемой материальной точки

На рис. 3 представлены диаграммы формирования измерительного сигнала при статическом перемещении исследуемой материальной точки по аппликате.

На диаграммах «а» сплошной основной линией показан контур изображения круглой метки при отсутствии вибрации. Пунктирными линиями показаны контуры изображения круглой метки на крайней приближенной и на крайней удаленной от регистрирующего устройства позициях.

На диаграммах «б-г» представлены видеоимпульсы, отображающие диаметральные сечения изображений круглой метки на исходной, наиболее приближенной и наиболее удаленной позициях по отношению к регистрирующему устройству позициях, соответственно.

На диаграммах «д-ж» представлены те же видеоимпульсы, но после бинаризации. При этом в левом столбце диаграмм пороговый уровень бинаризации превышает половину амплитуды импульса и равен приблизительно 0,9 этой амплитуды. В среднем столбце диаграмм пороговый уровень равен половине амплитуды видеоимпульса. В правом столбце

диаграмм пороговый уровень бинаризации ниже амплитуды импульса и равен приблизительно 0,1 этой амплитуды.

Рисунок 3 - Диаграммы формирования измерительного сигнала при статическом перемещении исследуемой

материальной точки

На диаграммах отмечена абсолютная величина приращения радиуса изображения круглой метки. Как видим, эта абсолютная величина приращения радиуса изображения круглой метки при статическом перемещении исследуемой материальной точки не зависит от порогового уровня бинаризации и растет прямо пропорционально величине перемещения. Задавшись калибровочным перемещением исследуемой материальной точки, можно вычислить коэффициент пропорциональности по формуле (3).

4 Формирование измерительного сигнала при динамическом перемещении исследуемой материальной точки

На рис. 4 представлены аналогичные диаграммы формирования измерительного сигнала, но уже не при статическом, а при динамическом (то есть именно вибрационном) перемещении исследуемой материальной точки.

Рисунок 4 - Диаграммы формирования измерительного сигнала при динамическом перемещении

исследуемой материальной точки

На диаграммах «а», также, как и в ситуации статического перемещения сплошной основной линией показан контур изображения круглой метки при отсутствии вибрации. Пунктирными линиями показаны контуры изображения круглой метки на крайней приближенной и на крайней удаленной от регистрирующего устройства позициях.

На диаграммах «б» представлены видеоимпульсы, соответствующие диаметральному сечению изображения круглой метки на исходной позиции при отсутствии вибрации.

На диаграммах «г» представлены те же видеоимпульсы после бинаризации. Расстановка пороговых уровней бинаризации по столбцам диаграмм слева направо такая же, как и на предыдущем слайде в случае статической калибровки. Как видим, длительности импульсов, соответствующие диаметру изображения круглой метки на исходной позиции при отсутствии вибрации, не зависят от порогового уровня бинаризации.

На диаграммах «в» представлен видеоимпульс, соответствующий диаметральному сечению изображения круглой метки при наличии вибрации. Этот импульс имеет форму не прямоугольника, а равнобедренной трапеции. Это связано с тем, что за время экспозиции регистрирующего устройства исследуемая материальная точка успевает совершить несколько периодов вибрационного перемещения по аппликате, то приближаясь к регистрирующему устройству, то удаляясь от него. В результате та часть размытого вследствие вибрации изображения, которая расположена внутри внутреннего пунктирного круга на диаграммах «а», в течение всего времени экспозиции регистрирующего устройства будет отображаться этим устройством. Что же касается части размытого вследствие вибрации изображения, которая заключена между двумя пунктирными окружностями, то эта часть отображается регистрирующим устройством не в течение всего времени экспозиции, а только в течение части этого времени. Эта часть тем больше, чем ближе соот-

ветствующая точка к внутренней пунктирной окружности. В результате накопленная за время экспозиции интенсивность изображения спадает от внутренней пунктирной окружности диаграмм «а» к внешней. По этой причине длительность результирующего бинарного импульса, представленного на диаграммах «д», зависит от порогового уровня бинаризации. Если пороговый уровень бинаризации установлен выше половины амплитуды импульса, представленного на диаграммах «в», то вибрационное приращение радиуса изображения круглой метки будет отрицательным. Если пороговый уровень бинаризации установлен ниже половины амплитуды импульса, представленного на диаграммах «в», то вибрационное приращение радиуса изображения круглой метки будет положительным.

Таким образом, установлено качественное различие между статическим и динамическим перемещениями и доказано, что статическая калибровка не соответствует тем соотношениям, которые реально осуществляются при вибрационном перемещении исследуемой материальной точки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Таньков Г.В., Трусов В.А., Юрков Н.К., Григорьев А.В., Данилова Е.А. Исследование динамики печатных плат радиоэлектронных средств // Пенза: Изд-во ПГУ, 2016. 118с.

2. Brostilova T.'Yu., Brostilov S.A., Yurkov N.K., Bannov V.Ya., Grigoriev A.V. Test station for fibre-optic pressure sensor of reflection type // Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications and Computer Science, Proceedings of the 13th International Conference on TCSET 2016. P. 333-335

3. Grigoriev A.V., Danilova E.A.r Yurkov N.K. Method of measuring vibration movements of material points on the surface of the controlled object // Proceedings of 2017 20th IEEE International Conference on Soft Computing and Measurements, SCM 2017. V2. P. 203-207

4. Grigoriev A.V., Trusov V.A., Kochegarov I.I.r Goryachev N.V., Pivkin A.V. Characteristics of image blur of the round mark during vibration movement along Z axis // Conference Proceedings -2016 International Conference on Actual Problems of Electron Devices Engineering, APEDE 2016. V2. P. 298-305

5. Grigor'ev A.V., Zatylkin A.V., Yurkov N.K. Method for Contactless Three-Component Vibration Measurement // Measurement Techniques. 2017. V59. N12. P. 1291-1296

6. Grigoriev A.V., Yurkov N.K., Kochegarov I.I. Contactless measurement technique for the amplitude of vibrational movement of the test material point // Proceedings of 2016 IEEE East-West Design and Test Symposium, EWDTS 2016. P. 549-551

7. Grigor'Ev A.V., Grishko A.K., Goryachev N.V., Yurkov N.K., Micheev A.M. Contactless three-component measurement of mirror antenna vibrations // 2016 International Siberian Conference on Control and Communications, SIBCON 2016 - Proceedings.

8. Надырбеков Г.Ж., Григорьев А.В., Кочегаров И.И., Лысенко А.В., Стрельцов Н.А. Структурное описание размытия изображения круглой метки при возвратно-поступательном вибрационном перемещении исследуемой материальной точки // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2 017. Т.2. С. 11-13.

9. Нуржанов Д.Х., Григорьев А.В., Трусов В.А., Баннов В.Я., Стрельцов Н.А. Анализ размытия изображения круглой метки при возвратно-поступательном вибрационном перемещении исследуемой материальной точки // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2017. Т.2. С. 14-16.

10. Каражанов Б.Б., Григорьев А.В., Данилова Е.А., Гришко А.К. Особенности отображения вектора вибрационного перемещения материальной точки в плоскости изображения // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2017. Т.2. С. 16-20.

11. Григорьев А.В., Юрков Н.К., Трусов В.А., Баннов В.Я. Структура методики анализа следа вибрационного размытия изображения круглой метки // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2016. №2. С. 28-31.

12. Григорьев А.В., Затылкин А.В., Лысенко А.В., Таньков Г.В. Формирование и описание отсчетных сегментов следа вибрационного размытия изображения круглой метки // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2016. №2. С. 31-37.

УДК 004.932.2

Григорьев А.В., Чувашлев К.А., Наумова И.Ю., Баннов В.Я.

Пензенский государственный университет, г. Пенза, Россия ДИНАМИЧЕСКАЯ КАЛИБРОВОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВИБРОМЕТРА, ИСПОЛЬЗУЮЩЕГО РАЗМЫТИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ КРУГЛОЙ МЕТКИ

Представлены схема и описание эксперимента по динамической калибровке виброметра перемещения, реализующего анализ размытия изображения круглой метки. Представлена и проанализирована таблица экспериментальных значений измеряемых величин. Представлен график экспериментальной абсолютной величины вибрационного приращения радиуса изображения круглой метки как функции вибрационного перемещения исследуемой материальной точки. График аппроксимирован прямой по методу наименьших квадратов. Построен полученный методом вероятностного прогнозирования график приведенной погрешности измерения вибрационного перемещения как функции количества пикселей, приходящихся на изображение круглой метки.

Ключевые слова:

ЭКСПЕРИМЕНТ, ДИНАМИЧЕСКАЯ КАЛИБРОВКА, ВИБРОМЕТР ПЕРЕМЕЩЕНИЯ, РАЗМЫТИЕ, ИЗОБРАЖЕНИЕ, КРУГЛАЯ МЕТКА, МАТЕРИАЛЬНАЯ ТОЧКА, ОБЪЕКТ КОНТРОЛЯ, АКСЕЛЕРОМЕТР, ПЛАТА, СВЕТООПТИЧЕСКИЙ МИКРОСКОП, РАДИУС, ЧАСТОТА, ВОЗДЕЙСТВИЕ, ПРИВЕДЕННАЯ ПОГРЕШНОСТЬ

1 Описание эксперимента по динамической ка- На рис. 1 представлена схема эксперимента по

либровке виброметра перемещения, реализующего динамической калибровке системы измерения виб-анализ размытия изображения круглой метки рационного перемещения исследуемой материальной

точки.