Возможность применения экспертной системы для отбраковки и настройки магнитной периодической фокусирующей системы

Видно, что приближенное выражение (6) из [2, 3] описывает зависимость Jeo от Бо с существенной погрешностью по сравнению с точным выражением (43). Погрешность увеличивается при значениях Б0 > 2 В/нМ и ефе < 3 эВ.

Заключение

Показано, что упрощения, использованные в [1-4] при выводе выражений (3) и (6), вносят достаточно большую погрешность при определении величины плотности тока автоэлектронной эмиссии при Б0 > 2 В/нМ и работе выхода электрона из проводника ефе < 3 эВ.

Данная работа выполнена при частичной финансовой поддержке проектом РФФИ № 12-0200807.

ЛИТЕРАТУРА

1. Fowler R.H.. Electron emission in intense electric fields / R.H. Fowler, L. Nordheim.// Proc. Roy. Soc. 1928. Vol. 119. № A781. P. 173-181.

2. Елинсон М.И.. Автоэлектронная эмиссия / М.И. Елинсон, Г.Ф. Васильев. - М.: Физматгиз, 1958, 272 с.

3. Шредник В.Н. Теория автоэлектронной эмиссии металлов // Ненакаливаемые катоды./ В.Н. Шредник. М.:Сов. радио, 1974, С. 166-169.

4. Мотт Н.. Волновая механика и её применения / Н. Мотт, И. Снеддон. - М.: Наука. Физмат-лит, 1966. 427 с.

5. Dyke W.P. Field emission: large current densities, space charge and vacuum ARC / W.P. Dyke, J.K. Trolan // Phys. Rev. 1953. Vol.89. № 4. P. 799-808.

6. Горьков В. А. О роли пространственного заряда при отборе автоэлектронных токов большой плотности / В. А. Горьков, М.И. Елинсон, В.Б. Сандомирский // Радиотехника и электроника. 1962. Т. 7. № 9. С. 1495-1500.

7. Barbour J.P. Space-charge effects in field emission / J.P. Barbour, W.W. Dolan, J.K. Trolan et.al. // Phys. Rev. 1953. Vol. 92. № 1. P. 45-51.

8. Арсенин В.Я. Методы математической физики и специальные функции. / В.Я. Арсенин. М.: Наука. Физматлит, 1984. 384 с.

9. Градштейн И. С. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. / И. С. Градштейн, И. М. Рыжик. М., 1971. 1108 с.

УДК 681.5; 621.385

Е.Р. Кожанова, А.А. Захаров

ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОТБРАКОВКИ И НАСТРОЙКИ МАГНИТНОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ФОКУСИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ

В статье рассматривается построение экспертной системы отбраковки и настройки магнитной периодической фокусирующей системы на основе базы фрагментов сечения вейвлет-спектрограмм при масштабе а=1, которые получаются при непрерывном вейвлет-преобразовании дихотомического сигнала (вейвлет Хаара). Дихотомический сигнал является диагностическим вектором величин максимальных амплитуд продольного распределения магнитного поля, совпадающего с центром любого постоянного магнита.

Экспертная система, продольное распределение, магнитная периодическая фокусирующая система, фокусировка электронного потока, дихотомический сигнал, диагностический вектор, вейвлет-преобразование, вейвлет Хаара, вейвлет-спектрограмма

E.R. Kozhanova, A.A. Zakharov

POSSIBILITY OF APPLICATION OF EXPERT SYSTEM OF REJECTION AND CONTROL MAGNETIC PERIODIC FOCUSING SYSTEM

In article creation of expert system of rejection and control of magnetic periodic focusing system on the basis of the base of fragments of section of wavelet-spectrograms is considered at scale а=1 which turn out at continuous wavelet-transformation of a dichotomizing signal (wavelet Haar). The dichotomizing signal is a diagnostic vector of sizes of the maximum amplitudes of longitudinal distribution of the magnetic field coinciding with the center of any constant magnet.

Expert system, longitudinal distribution, magnetic periodic focusing system, focusing of an electronic stream, dichotomizing signal, diagnostic vector, wavelet-transformation, wavelet -spectrogram, wavelet Haar, wavelet -transformation

Экспертные системы, основанные на знаниях экспертов (базы знаний) и процедуры логического вывода, применяются для решения сложных задач диагностики. Рассмотрим принцип работы такой системы (рис. 1):

- пользователь передает в экспертную систему факты или другую информацию;

- экспертная система обрабатывает полученные данные, используя базу знаний, и на основании логического вывода формирует заключения;

- полученные заключения экспертной системы выдаются пользователю в виде экспертных знаний или рекомендаций.

Рис. 1. Схема функционирования экспертной системы

Прежде чем магниты поступают на сборку МПФС, они проходят через несколько предварительных процедур (этапов):

1. Технологическое производство отдельных магнитов из соответствующих материалов

определенных размеров.

2. Намагничивание магнитов.

3. Измерение параметров магнитов.

4. Отбраковка магнитов не имеющих заданных параметров, в том числе по величине

продольной составляющей магнитного поля на оси В 0.

5. Сегментирование отдельных магнитов для облегчения технологической сборки

МПФС.

Предлагаемая методика диагностирования магнитной периодической системы (МПФС) включает 6 этапов (рис.2).

Рис. 2. Процесс диагностики МПФС

Первый этап - сборка МПФС из отобранных магнитов, как правило, разрезанных на отдельные сегменты и скрепленных необходимыми хомутами.

На втором этапе с помощью измерительного оборудования на базе, например, датчика Холла, проводят измерение, визуализацию и прописывание распределения магнитного поля на оси МПФС.

На третьем этапе определяют (задают) допустимую вариацию магнитного поля на оси МПФС в области отдельных магнитов, обеспечивающую необходимую фокусировку электронного потока.

Четвертый этап является основным, так как в зависимости от правильности кодирования информации будет зависеть правильность прогноза и принятия решения о работоспособности МПФС с точки зрения обеспечения качественной фокусировки. Диагностический вектор состояния МПФС [1]:

5 =

где 8] - признак (параметр) состояния, имеющий разрядность 2 (кодирование с помощью 0 и 1); N - количество постоянных магнитов в МПФС.

Запишем правило кодирования дихотомического сигнала (1). Для этого зададим значения магнитной индукции В0, которое является расчетным значением с допустимой вариацией АВ (5^10% Во). Следовательно, магнитные характеристики постоянных магнитов МПФС должны соответствовать не конкретному значению В0, а интервалу В0 ± АВ (рис. 3).

Рис. 3. Иллюстрация к правилу кодирования дихотомического сигнала

На рис. 3 показано продольное распределение магнитного поля МПФС, состоящее из шести постоянных магнитов. На оси г обозначены шесть центров магнитов (г01 - Zo6), через которые проведены вертикальные пунктирные линии и на них показаны точки а - е. Горизонтальными линиями обозначены значения ± В0 и интервалы \В0\ ± ЛВ. Видно, точки а - е принадлежат или не принадлежат данным интервалам \В0\ ± ЛВ (рис. 3, области заштрихованы). Следовательно, правило кодирования представляется в следующем виде:

I 0 в остальных случаях

Если точка максимума продольного распределения, соответствующая центру любого постоянного магнита, входящего в МПФС, попадает в интервал \В0\ ± ЛВ, то признак = 1, в противном случае Sj =0. В результате получается дихотомический сигнал 8.

Процедура пятого этапа описана в работах [1], где авторы предлагают для вейвлет-анализа дихотомического сигнала использовать непрерывное вейвлет-преобразование (НВП) с применением вейвлет-функции Хаара (Нааг). В качестве характеристики для сравнения и анализа предложено использовать сечение полученной вейвлет - спектрограммы при масштабе а = 1 для наилучшего определения локализации нулей и единиц в дихотомическом сигнале (параметры НВП: максимальный масштаб НВП - 16, шаг НВП - 1).

Шестой этап представляет собой экспертную систему, которая должна дать прогноз о работоспособности МПФС и рекомендации, какие постоянные магниты данной системы подлежат замене. Если четвертый этап позволяет судить об обеспечении необходимого уровня магнитной индукции каждым магнитом МПФС, то на данном этапе главной задачей является определение участков магнитной системы, которые дают расфокусировку электронного потока. Из практических соображений можно предложить определенные рекомендации, например:

- если два и более соседних магнитов, не обеспечивают заданный уровень магнитной индукции, т.е. согласно правилу кодирования появляются подряд два или более нулей, то следует заменить эти магниты.

- если один магнит не обеспечивает заданный уровень магнитной индукции, то он должен с двух сторон быть окружен по 3-4 магнитами, обеспечивающие уровень магнитной индукции, что будет препятствовать расфокусировке электронного потока, создаваемого данным магнитом. При этом правило кодирования будет иметь вид: 1 1 1 0 1 1 1.

Авторами были рассмотрены различные виды МПФС, в том числе содержащие такие последовательности магнитов, которые создают расфокусировку электронного потока. Приведем некоторые из них (рис. 4) и на их базе создается база данных фрагментов.

а б в г д

Рис. 4. Фрагменты графиков сечения при масштабе а = 1, создающие расфокусировку

электронного потока [1]

Сопоставление полученного графика сечения вейвлет-спектрограммы (после завершения этапа 5) и фрагментов из базы данных фрагментов (рис. 4), обеспечивающих расфокусировку (назовем эти фрагменты «проблемными»), на различных участках всего сигнала позволяет сделать вывод о работоспособности МПФС с точки зрения обеспечения качественной фокусировки электронного потока.

Если же вывод делается о неработоспособности МПФС, то необходимо определить местоположение магнитов, подлежащих замене. Определение местоположение может быть осуществлено двумя способами:

1) в работе авторов [1] приведен алгоритм восстановления исходного сигнала графику сечения вейвлет-спектрограммы при масштабе а=1.

2) извлечения диагностического вектора данной МПФС из базы диагностических векторов всех замеров, которую необходимо создать для учета проведенных замеров.

Рис. 5. Процесс диагностики МПФС с экспертной системой

В результате пользователь получает рекомендацию по замене магнитов, в которой указывается последовательный номер магнита или магнитов, подлежащие замене.

Следовательно, процесс диагностики МПФС (рис. 2), с учетом вышеизложенного, может быть представлен в виде последовательности операций (рис. 5). Автоматизация этапов 3-6 позволит снизить время на отбраковку и настройку магнитных систем, что повысит эффективность процесса сборки и диагностики МПФС.

Целесообразно описанный процесс диагностики МПФС распространить и на предварительные этапы, описанные выше, и связанные с отбраковкой отдельных магнитов до начала сборки МПФС.

В дальнейшем планируется разработать экспертную систему, являющуюся составной частью программного обеспечения этапов 3-6.

ЛИТЕРАТУРА

1. Захаров А. А. Применение вейвлет-преобразований для анализа дихотомического сигнала / А. А Захаров, Е.Р. Кожанова // Вестник СГТУ. 2009. № 3 (40). Вып. 1. С. 59-65.

Кожанова Евгения Романовна -

аспирант кафедры «Электронные приборы и устройства» Саратовского государственного технического университета

Evgeniya R. Rozhanova -

Postgraduate, Department of Еlectronic Instruments and Devices» of the Saratov state technical university

Захаров Александр Александрович -

доктор технических наук, профессор кафедры «Электронные приборы и устройства»

Саратовского государственного технического университета

Aleksandr A. Zakharov -

Dr. Sc., Professor, Department of Еlectronic Instruments and Devices of Saratov state technical university

Статья поступила в редакцию 13.05.2011, принята к опубликованию 24.06.2011