CC BY
29
Секция
«ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА И ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМФОРТНЫХ УСЛОВИЙ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ»
УДК 621.319.52
О СТРУКТУРЕ СЧЕТЧИКА АЭРОИОНОВ С МОДУЛЯЦИЕЙ СИГНАЛА
АСПИРАЦИОННОЙ КАМЕРЫ
*
И. М. Александров , В. В. Постнов
Казанский национальный исследовательский университет им. А.Н. Туполева-КАИ Российская Федерация, 420111, г. Казань, ул. К. Маркса, 10 E-mail: [email protected]
Обоснована важность определения аэроионного состава воздуха. Предложена структура устройства для измерения концентрации аэроионов, а также способ повышения точности измерения. Определены условия выбора параметров входного каскада устройства для максимального подавления шумов.
Ключевые слова: модуляция, аэроионы, спектральный анализ, повышение точности измерения.
ON THE STRUCTURE OF AEROION COUNTERS WITH MODULATION OF SIGNAL OF THE ASPIRATION CHAMBER
I. M. Aleksandrov, V. V. Postnov
Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev 10, K. Marx St., Kazan, 420111, Russian Federation E-mail: [email protected]
It justifies the importance of determining aeroionic composition of the air. The structure of the device for measuring the concentration of air ions, as well as a method of increasing the measurement accuracy. Set the conditions for the choice of parameters of the input stage of the device for maximum noise rejection.
Key words: modulation, air ions, spectral analysis, improving the accuracy of measurement.
Одной из важных характеристик воздуха помещений, в которых живет, трудится, отдыхает, лечится человек, является его аэроионный состав. Влияние аэроионов, особенно легких, на здоровье, самочувствие, работоспособность человека впервые было отмечено русским ученым Чижевским. Впоследствии его результаты были подтверждены многочисленными исследованиями. Поэтому органами санитарно-эпидемиологического контроля введены нормы на концентрацию аэроионов в помещениях, где живет, работает, лечится, отдыхает человек... [1]. Этим нормам соответствует нормативный документ: «Гигиенические требования к аэроионному составу воздуха производственных и общественных помещений. СанПиН 2.2.4.1294 03».
Наиболее серьезной проблемой, возникающей при создании ионометрической аппаратуры, является влияние различных помех на информативный сигнал. Это значительно снижает ее точностные и эксплуатационные характеристики.
С целью повышения точности измерения при измерении аэроионов с недавних пор используется модуляция сигнала, полученного с аспирационной камеры. Был получен патент на способ измерения концентрации аэроионов с помощью модуляции сигнала аспирационной камеры. Мо-
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2017. Том 2
дуляция осуществляется путем периодического подключения собирающего электрода аспираци-онной камеры к входному каскаду [2]. Структура такого прибора показана на рисунке 1.
Рис. 1. Структура счётчика аэроионов
На этом рисунке: С1- емкость аспирационной камеры, Е - высоковольтный источник её питания, ПФ - полосовой фильтр, Вып - выпрямитель аналоговых сигналов, ФНЧ - фильтр нижних частот, УИ - устройство индикации.
В работе [2] получены выражения для изменения напряжения на входе входного каскада, выполненного на операционном усилителе ОЛ1. Если ключ К1 замкнут, то это напряжение определяется выражением:
иг ( ) = 1-яг
г
Траз 'еХР
Л
Я с
1 У
Я1 • С, • (1 - ехр
Та
- +1
я •с
1У
- при замкнутом состоянии ключа К1 и -
при разомкнутом состоянии ключа К1.
Этот сигнал является периодическим с периодом Т = Тзам + Траз. Его частота определяется выражением: ю0 = 2л / (Тзам + Траз).
Обозначив этот сигнал как Ищ и раскладывая его в вряд Фурье, для него можно записать выражение:
тт, ч 2^п• л^^ 7 . 2^п л^^
и () = а0 + 2. ^ ап СОБ-Т-+ Ьп МП-Т-
(1)
В этом выражении: ао = I • Я
-/•Я1 -2--
Т„,
а„ = •
Т
(
1 - ехр
( Т 11 ( (2 • л^ п • х1 )2 1
зам , 1 + _1 /
Т 2
ч УУ
V
1 + ехр
( Т 1
зам
1У
и
2 • л • п^ т1
Т
К =■
Б1П
2 • л^ п^ТзС
Т
- СОБ
Та
2 • л^ п^Тзс
Т
1-Я 2-л-п-Т -
л-п
Т
- 1Я 21зам 1 Т
ехр
( Т 1
зам
V Т1 У
(
1 - ехр
ч
2 • л • п • т1
( Т 11 ( (• л^пТ1 )21
1 + --;——
4 УУ
2^ л • п • Тзс
Т2
У
Т
СОБ
Т
+ Б1П
2 л п Тзс
Т
2л- п т1
Г-
■ +.
ья
_1
л^ п
(
1 - СОБ
2 л n•Tзc
Т
Секция «Экология человека и обеспечение комфортных условий жизнедеятельности»
Приведенные выше выражения для коэффициентов ряда Фурье пропорциональны току I, а, значит, и измеряемой концентрации аэроионов.
Амплитуда первой гармоники определяется выражением:
При измерении концентрации аэроионов сигнал аспирационной камеры обычно мал, поэтому параметры входного каскада необходимо выбирать такими, чтобы амплитуда первой гар-
А
моники - 1 была максимальной, но с тем условием, чтобы отношение амплитуды первой гармоники к амплитуде третьей было максимальным. При соблюдении этого условия влияние третьей гармоники на информативный сигнал будет устранено.
Для исключения влияния чётных гармоник (второй и четвёртой) частота замыкания ключа К1 должна быть кратна частоте питающей сети. В таком случае необходимо внести изменения в первоначальную структуру вышеописанного устройства для измерения концентрации аэроионов, которое заключается в замене выпрямителя на фазовый детектор. Преимуществом такой замены является то, что фазовый детектор помимо выпрямительных свойств позволит устранить влияние чётных гармоник.
Соблюдение указанных выше условий к выбору параметров входного каскада, а также грамотный подход к выбору структуры в значительной мере позволит повысить помехозащищенность точность измерительного канала устройства измерения концентрации аэроионов.
1. Гигиенические требования к аэроионному составу воздуха производственных и общественных помещений. Постановление Главного государственного санитарного врача Российской Федерации М. Регистрационный № 4511 (2001).
2.В.М. Маковеев, В.В. Постнов, И.М. Александров, Модуляция сигнала аспирационных камер. Материалы Международной молодежной научной конференции " XXII Туполевские чтения", 2015. 110 с.
3.Таммет Х.Ф. Аспирационный метод измерения спектра аэроионов// Труды по аэроионизации и электроаэрозолям: Учен. Зап. Тартус, 1967. 173 с.
Библиографические ссылки
© Александров И. М., Постнов В. В., 2017
