CC BY
141
Диагностическое время в режиме мониторинга одного работника с помощью аппаратуры модуля СМОДИК составляет в среднем 3-6 мин. Последующая подробная обработка данных мониторинга с созданием персонального файла по различным показателям, определяющим профессиональную трудоспособность работника, занимает не более 30 мин. После мониторинга трудоспособности работников с каждым из них проводится нелекарственная реабилитация, направленная на возвращение физиологических показателей к норме, а также специальная поведенческая коррекция - обучение приемам и навыкам адекватного поведения.
Таким образом, применение аппаратного комплекса СМОДИК позволяет реагировать на начальные стадии нарушения дисфункции в организме человека при отсутствии каких-либо выраженных
клинических симптомов заболевания, опережая клинические обследования, и потери трудоспособности.
Описок литературы:
1. Безопасность жизнедеятельности. Производственная безопасность и охрана труда: учебн. пособие для вузов [Текст] / П.П. Кукин и др. - М.: Высшая школа, 2001. - 416 с.
2. Патент РФ № 2236164, МПК А 61 В 3/00, А 61 M 21/00. Способ исследования состояния и коррекции систем функционирования организма человека и устройство для осуществления этого способа [Текст] / А.Б. Фролов, Л.Н. Артюх - № 2000131736/09; заявл. 21.04.03; опубл. 20.09.04, бюл. № 23 (II ч.). - 8 с.
3. СМОДИК-система оздоровления: [Электронный ресурс]. - URL: http:// www.cmodik.ru (дата обращения: 14.05.2013 г.).
Ильясов И.Р. Ilyasov I.R.
геолог ОАО «Газпромнефть-Ноябрьскнефтегаз», Россия, г. Ноябрьск
Мухамадиев А.А. Mukhamadiev A.A.
кандидат технических наук, доцент кафедры «Информационно-измерительная техника» Уфимского государственного авиационного технического университета, Россия, г. Уфа
Ураксеев М.А. Urakseev M.A
доктор технических наук, профессор кафедры «Информационно-измерительная техника» Уфимского государственного авиационного технического университета, Россия, г. Уфа
УДК 004.9:658
АКУСТООПТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ АНАЛИЗА
ВОДНОЙ СРЕДЫ
Предложено использование акустооптического измерительного преобразователя для количественного и качественного анализа состава водной среды. Описан принцип действия акустооптического измерительного преобразователя для анализа водной среды. Представлен алгоритм работы акустооптического измерительного преобразователя. Приведено программное обеспечение, реализующее данный алгоритм.
Ключевые слова: акустооптический измерительный преобразователь, количественный состав, качественный состав, водная среда, акустооптический перестраиваемый фильтр.
ACOUSTO-OPTIC MEASURING CONVERTERS FOR INFORMATION-MEASURING SYSTEMS OF THE ANALYSIS OF THE WATER ENVIRONMENT
Usage of the acousto-optic measuring converter for quantitative and qualitative analysis of composition of the water environment is offered. The principle of action of the acousto-optic measuring converter for the analysis of the water environment is described. The algorithm of operation of the acousto-optic measuring converter is presented. The software implementing given algorithm is resulted.
Key words: the acousto-optic measuring converter, the quantitative composition, qualitative composition, the water environment, the acousto-optic tunable filter.
В последние годы индустриальное воздействие и жизнедеятельность человека оказывают все большее негативное воздействие на водную среду. Также ситуация осложняется уменьшением годовой суммы осадков в сочетании с нарастанием продолжительности и степени выраженности сухого периода, что приводит к понижению уровня грунтовых вод, а следовательно, к истощению водной среды. В этих условиях необходимо обеспечить высокое качество мониторинга водной среды, что требует постоянного контроля экологической обстановки для своевременного принятия неотложных мер по сохранению в допустимых пределах уровня ее загрязнения. В связи с этим возникает необходимость постоянного количественного и качественного анализа состава водной среды. Для обеспечения подобного анализа необходимы информационно-измерительные системы анализа водной среды, важнейшим элементом которых являются измерительные преобразователи.
Применяемые в настоящее время измерительные преобразователи не отвечают в полной мере возросшим требованиям к устройствам измерения по точности, надежности, быстродействию, номенклатуре измеряемых веществ, стабильности характеристик, чувствительности и т. д. В связи с этим важной научной задачей является совершенствование измерительных преобразователей.
Для решения данной задачи авторами предлагается использовать акустооптический измерительный преобразователь для количественного и качественного анализа состава водной среды. Ключевым элементом является акустооптический перестраиваемый фильтр, обладающий большим количеством положительных характеристик. Акустооптические перестраиваемые фильтры позволяют исследовать спектральный состав электромагнитного излучения по длинам волн в оптическом диапазоне, найти спектральные характеристики излучателей и объектов, взаимодействующих с излучением. Их перестройка осуществляется путем «свипирования» несущей частоты акустической волны. Основное предназначение - выделение из широкого спектра
составляющей с узким спектральным диапазоном и перестройка центральной волны этого диапазона в соответствии с управляющим сигналом [3, 6].
Целью данной работы является разработка аку-стооптических измерительных преобразователей для информационно-измерительных систем анализа водной среды.
Необходимо разработать измерительные преобразователи, удовлетворяющие требованиям государственных стандартов и превосходящие по некоторым параметрам существующие аналоги.
В ходе выполнения работы авторами разработан акустооптический измерительный преобразователь для количественного и качественного анализа состава водной среды, отличающийся повышенными технико-эксплуатационными характеристиками.
Достоинства акустооптического измерительного преобразователя связаны с тем, что акустоопти-ческий перестраиваемый фильтр (АОПФ), являющийся ключевым элементом, заменяет движущие элементы конструкции (зеркала, призмы и т. п.). Очевидны следующие достоинства: быстродействие (исключена инерционность механических элементов); надежность (нет перемещения, следовательно, нет трения и вызванных им поломок); точность (нет люфтов, малая чувствительность к вибрации); возможность измерения в реальном режиме времени; миниатюрность (можно выполнить стационарную систему в переносном варианте); многофункциональность (обладает рядом новых свойств, например, управляемостью характеристик) [2].
Акустооптический измерительный преобразователь количественного и качественного анализа состава водной среды работает следующим образом (рис. 1). Источник излучения 1 создает световое излучение, падающее на исследуемую водную среду 2. Излучение затем проходит через кювету с исследуемой жидкостью, где часть излучаемой энергии поглощается в зависимости от природы вещества, находящегося в водной среде. Далее излучение попадает на акустооптический измерительный преобразователь, представляющий собой АОПФ и многоэлементный фотоприемник.
СП-
7 8
Рис. 1. Принцип действия АОС
Рис. 2. Обобщенный алгоритм работы
Не поглощенное световое излучение пропускается через АОПФ 3, в котором пьезоэлектрическим преобразователем 4 за счет подачи на него высокочастотного сигнала генератором высокой частоты (ВЧ) 6 создается бегущая дифракционная решетка, что позволяет обеспечить выбор желательной области спектра, которую нужно использовать для измерений. Поглотителем упругой волны 5 поглощается энергия ультразвуковой волны. Затем световое излучение попадает на многоэлементный фотоприемник 7. Многоэлементный фотоприемник считывает спектральную информацию о световой волне после выхода с АОПФ, производит ее усиление и оцифровку. Далее производится передача полученных данных в персональный компьютер 8, где происходит анализ спектральной информации о поглощении водной среды и их обработка с целью проведения качественного и количественного анализа исследуемой водной среды [4, 5].
В персональном компьютере 8 происходит регистрация, обработка полученного сигнала, его
сравнение с исходным сигналом и расчет концентрации, в результате чего получается информация о количественном и качественном составе исследуемой водной среды и ее примесях.
Для корректной работы акустооптического измерительного преобразователя составлен обобщенный алгоритм работы (рис. 2), обеспечивающий получение информации о количественном и качественном составе исследуемой водной среды [1].
На основе разработанного алгоритма написано программное обеспечение, позволяющее выполнять следующие функции: автоматизацию и управление измерением; проведение качественного анализа водной среды; проведение количественного анализа водной среды; обработку и анализ полученных данных [9].
Из разработанных устройств [7, 8] рассмотрим работу акустооптического водоанализатора, ключевую роль в структуре которого занимает акустооптический измерительный преобразователь (рис. 3).
Рис. 3. Акустооптический водоанализатор
Акустооптический водоанализатор работает следующим образом. Пучок света, излучаемый лазерным источником света 1, попадает в волоконно-оптический кабель 2, проходит сквозь оптический изолятор 3 и поступает на светоделитель 4, проходит через кювету с анализируемой водой 5 и падает на уголковый отражатель 6, затем возвращается через кювету с анализируемым водой 5 на светоделитель 4, откуда отражается на корректор спектра 7 и попадает на акустооптический монохроматор 8, на который также поступает радиоимпульс, обра-
зованный из частоты, получаемой от синтезатора частот 15, модулированной тактовым генератором 13 в модулируемом усилителе мощности 16. Акустооптический монохроматор 8 пропускает на фотоприемник 9 поток излучения в узкой спектральной полосе, соответствующей длине волны, определяемой частотой синтезатора.
Спектральное выделение и переключение рабочих полос осуществляется с помощью акустоопти-ческого монохроматора 8, совместно с синтезатором частот 15 и модулируемым усилителем мощности 16
по сигналам от блока управления на базе микроконтроллера AT90S8515 14. Электрический сигнал, полученный от фотоприемника 9, усиливается усилителем 10, коэффициент передачи которого устанавливается (подбирается) с блока управления 14, детектируется синхронным детектором 11 и поступает в блок обработки и индикации 12.
Трансформирующий объектив 17 применяется при дистанционных измерениях. Возвращаемый уголковым отражателем 6 световой пучок вновь трансформируется по угловой и пространственной апертуре к исходным размерам.
Таким образом, применение акустооптического водоанализатора позволяет повысить точность измерения состава воды, увеличить быстродействие и чувствительность, уменьшить массу и габаритные размеры существующих устройств анализа воды и получить возможность проведения экологического мониторинга как с отбором проб в полевых условиях, так и дистанционно.
Практическая значимость результатов исследований заключается в следующем: разработан новый класс устройств - акустооптические измерительные преобразователи, разработан обобщенный алгоритм работы и программное обеспечение, обеспечивающее его корректную работу.
Список литературы
1. Ильясов И.Р. Математическая модель акусто-оптического преобразователя для информационно-измерительной системы анализа водной среды [Текст] / И.Р. Ильясов, А.А. Мухамадиев, М.А. Урак-сеев // Датчики и системы. - 2012 - № 12. - С. 35.
2. Ильясов И.Р. Основные этапы становления и развития акустооптики в ХХ веке [Текст] / И.Р. Ильясов, А.А. Мухамадиев, Р.Г. Фаррахов, М.А. Ураксеев // История науки и техники. - 2010. -№ 3, спецвыпуск № 1. - С. 34-37.
3. Ильясов И.Р. Принципы построения акусто-оптических спектрометров для информационно-
измерительных систем анализа водной среды [Текст] / И.Р. Ильясов, А.А. Мухамадиев, М.А. Ураксеев // Датчики и системы. - 2011. - № 9. - С. 26.
4. Ильясов И.Р. Система мониторинга водной среды на основе акустооптического спектрометра [Текст] / И.Р. Ильясов, А.А. Мухамадиев, М.А. Ураксеев // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2010. - № 7. - С. 46-48.
5. Ильясов И.Р. Современные методы и аппаратные средства для систем экологического мониторинга водной среды [Текст] / И.Р. Ильясов, А.А. Мухамадиев, М.А. Ураксеев // Экологические системы и приборы. - 2010. - № 5. - С. 20-23.
6. Ильясов И.Р. Становление и развитие аку-стооптических методов и средств информационно-измерительных систем экологического мониторинга водной среды [Текст] / И.Р. Ильясов, А.А. Мухамадиев, М.А. Ураксеев // История науки и техники. -2010. - № 6, спецвыпуск № 2. - С. 132-136.
7. Патент РФ № 101194 на ПМ. Акустооп-тический водоанализатор [Текст] / И.Р. Ильясов, А.А. Мухамадиев, М.А. Ураксеев; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет».
- Заявка № 2010128152/28 от 07.07.2010 г.
8. Патент РФ № 101213 на ПМ. Акустооптиче-ский спектрометр для экологического мониторинга водной среды [Текст] / И.Р. Ильясов, А.А. Мухама-диев, М.А. Ураксеев; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет». - Заявка № 2010127992/28 от 06.07.2010 г.
9. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2012615310. Управление, анализ и обработка результатов измерения акустооп-тическим преобразователем / И.Р. Ильясов, А.А. Мухамадиев, М.А. Ураксеев; заявители и правообладатели И.Р. Ильясов, А.А. Мухамадиев, М.А. Ураксеев.
- Заявка № 2012611806 от 12.03.2012 г.
