CC BY
2Key Words: Intelligent measurement transducers, optoelectronic systems, liquid level control, sensor integration, digital microelectronics, self-diagnostic systems, signal processing, noise immunity, ecological monitoring, underground water, structured intelligent converter, measurement accuracy.
Kalit so'zlar: Intelligent o'lchash transduserlari, optoelektron tizimlar, suyuqlik darajasini boshqarish, sensorlar integratsiyasi, raqamli mikroelektronika, o'z-o'zini diagnostika tizimlari, signallarni qayta ishlash, shovqin bartarafligi, ekologik monitoring, er osti suvlari, strukturaviy aqlli konvertor, o'lchash aniqligi.
Современные технологические установки предъявляют повышенные требования к измерительным преобразователям, предназначенным для контроля уровня жидкости. Приборы входят в состав систем контроля или тестирования, обеспечивающих их работоспособность, должны обладать высокой надежностью, быть помехоустойчивыми, эффективными в эксплуатации, чувствительными, иметь возможность интеграции с цифровыми микроэлектронными компонентами различного назначения.
Решение таких задач позволило бы создать измерительные преобразователи с такими характеристиками. В первую очередь необходимо решить ключевые проблемы в области разработки современных схемотехнических и технологических решений измерительных преобразователей, адаптации их технического и технологического уровня к существующим требованиям систем обработки данных. По мнению автора, практическое решение этих задач требует дальнейшего совершенствования измерительных преобразователей на основе известных физических и физико-химических принципов, активно используемых в микроэлектронной технике.
Преимуществом современных концепций создания измерительных преобразователей является возможность комбинирования различных устройств и обеспечения их практического применения. Термин «интеллектуальный измерительный преобразователь» означает класс автоматизированных технических систем, способных автоматически адаптировать свои параметры к условиям окружающей среды и характеристикам источника сигнала, осуществлять самодиагностику и компенсировать погрешности путем обработки входной информации [1].
Основными функциями таких интеллектуальных преобразователей являются:
• преобразование входной физической величины в электрическую или иную величину;
• преобразование измерительного сигнала в форму, обеспечивающую высокую помехоустойчивость при передаче данных в системы обработки;
• селекция полезного сигнала с минимальным влиянием помех;
• компенсация внешних факторов, влияющих на результат преобразования;
• автоматическое тестирование работоспособности прибора.
К основным особенностям интеллектуальных преобразователей относятся:
• способность их параметров адаптироваться к внешней среде;
• функция автоматического самотестирования с учетом коррекции погрешностей;
Исходя из соображений принципов и задач, автором предложена схема
структурированного интеллектуального преобразователя, представленная на рисунке 1. В схеме уровень жидкости (H), температура (T) и смещение (S) будут обрабатываться последовательностью ключевых компонентов. Предполагается, что данная архитектура повысит точность, надежность и функциональную гибкость процесса измерения.
Схема включает в себя следующие элементы:
1. Элемент детектора (1) - служит для основного преобразования измеряемой величины в сигнал, который может быть обработан далее. Это может быть датчик уровня, температуры или смещения с высокой чувствительностью и стабильностью.
2. Усилитель (2) - используется для усиления слабого сигнала, поступающего с детектора, придавая ему достаточную мощность для дальнейших этапов преобразования.
3. Преобразователь напряжение-частота (3) - преобразует входной сигнал в форму, удобную для передачи и дальнейшего анализа. Этот этап устраняет влияние искажений, вызванных шумами, а также повышает помехоустойчивость сигнала.
4. Однолинейный передатчик (4) - предназначен для передачи обработанного сигнала по каналам связи. Его задача — минимизировать потери при передаче данных и поддерживать их надежность.
5. Контактная плата (5) — служит для соединения всех компонентов системы в одну схему, благодаря чему их взаимодействие осуществляется без перерывов.
Кроме того, к цифровым устройствам относятся:
6. Аналого-цифровой преобразователь (6) — преобразует сигналы, полученные от передатчика, в цифровую форму с целью интеграции данных в вычислительные устройства.
7. Запоминающее устройство 7 — используется для временного хранения данных, с помощью которого можно анализировать и сравнивать результаты измерений.
8. Вычислительное устройство 8 — выполняет основную обработку полученных данных, включая анализ, фильтрацию, компенсацию погрешностей и формирование сигналов управления системой.
К преимуществам предлагаемой схемы можно отнести следующее: Во-первых, структурная интеграция компонентов позволяет добиться высокой точности и надежности измерений. Во-вторых, использование цифровых элементов позволяет преобразователю работать в различных условиях, в том числе при изменении внешней среды и параметров источников сигналов. В-третьих, автоматизация функций самодиагностики и компенсации погрешностей снижает вероятность возникновения сбоев в работе системы.
Рис 1. Схема преобразователя измерения структурированного интеллекта Особое внимание уделено универсальности системы. Преобразователь, благодаря своей модульной структуре, может быть адаптирован для работы с различными типами датчиков и включен в более сложные автоматизированные системы. Например, его можно применять в системах управления промышленными процессами, медицинских приборах или приборах контроля окружающей среды.
Предложенный структурированный преобразователь интеллекта, таким образом, представляет собой весьма сложный подход с технологической точки зрения и удовлетворяет всем современным требованиям к автоматизированным измерительным системам. Практическая реализация идей, изложенных в данной работе, может серьезно
повысить качество и производительность обработки измерительных данных, открывая широкие возможности для приложений в различных областях.
Рис 2. Функциональная схема интеллектуальной оптико С помощью этой формулы определить интегральное значение мощности света на
выходе световода.
Поскольку радиатор излучает пучок света с небольшим наклоном, угол tgUn изменится на иеп, выраженный в радиальной мере, и определит выражение для интегральной мощности света.
I = 10 (2)
Выражение (2) можно записать:
где р - коэффициент отражения стенки полого световода.
Интеллектуальная оптико-электронная система мониторинга подземных вод с алгоритмами (5) и (8) представлена в виде функциональной схемы на рисунке 2. Ее основная функция — получение и обработка данных об уровне подземных вод с целью минимизации влияния помех на передаваемый сигнал. Она должна выполняться с аналоговым сигналом, что увеличивает отношение сигнал/помеха и повышает точность измерений.
В состав системы входят следующие основные компоненты:
1. Точечный излучатель (1) — служит для излучения светового сигнала, необходимого для работы оптической части системы. Данный элемент обеспечивает формирование стабильного излучения с заданными параметрами.
2. Циркуляционный приемник излучения (2) — регистрирует отраженное излучение и преобразует его в сигнал, зависящий от уровня воды. Чувствительность данного приемника высокая, что повышает надежность регистрации сигнала. Боб с зеркальной поверхностью,
3. 3 — перемещается по вертикальной плоскости в зависимости от уровня подземных вод и отражает излучение обратно на приемник. Это механический элемент, взаимодействующий с оптической системой.
4. Световой туннель (4) — направляет световую энергию между излучателем, отражающей поверхностью и приемником с минимальной утечкой света.
Электрическая и цифровая система:
I. Данные, полученные из оптической системы, затем могут быть усилены с помощью следующих устройств: 5. Усилитель фотодетектора — усиливает этот слабый сигнал, поступающий от модуля приема излучения, делая его пригодным для дальнейшего преобразования; и
5. Преобразователь напряжения в частоту — преобразует его в частотную форму сигнала, поскольку теперь он приобретает стабильность и помехоустойчивость. ОСНОВЫ.
6. Однолинейный передатчик (7) — передает данные по каналу связи (8), который может быть оптоволоконным, электрическим или радиоканалом.
7. Однолинейный приемник (9) — принимает переданный сигнал и подготавливает его к обработке.
На этапе цифровой обработки используются следующие компоненты:
8. Мультиплексор — запоминающее устройство (10) — объединяет данные с нескольких каналов и сохраняет их для анализа.
9. Счетчик рециркуляции, 11, подсчитывающий количество каналов связи для оптимизации передачи данных.
10. Тактовый генератор 12 - синхронизирует все операции внутри этой системы и обеспечивает точность обработки сигнала.
II. Частотно-кодовый преобразователь 13 с адресным дешифратором 14 - преобразует частотный сигнал в некий цифровой код, доступный для работы вычислительных устройств.
12. Линеаризатор 15 - преобразует входные сигналы в однострочный кодовый сигнал для более легкой расшифровки этого самого сигнала.
Для представления данных и управления системой используются: 14. Цифровой индикатор уровня (16) - выдает результаты измерений в удобных единицах: миллиметры, сантиметры, метры. 15. Контроллер устройства (17) - управляет цифровым контуром и выполняет операции по контролю параметров системы. 16. Вычислительный блок (18) -выполняет сложные алгоритмы обработки данных и взаимодействует с персональным компьютером для анализа и хранения информации.
Предлагаемая система обладает следующими преимуществами: высокая точность и надежность измерений за счет оптической и цифровой компонент системы; Универсальность каналов связи позволяет адаптировать систему под широкий круг условий эксплуатации; автоматизация всех этапов обработки данных минимизирует участие человека, соответственно снижая вероятность ошибок.
Система может успешно использоваться для мониторинга уровня грунтовых вод в различных геологических и климатических условиях. Благодаря высокой чувствительности и возможности минимизации помех она может стать незаменимым инструментом в гидрологии, мониторинге окружающей среды и управлении водными ресурсами.
Выходной сигнал блока 5 (АОП) поступает по каналу связи через передатчики, выполненные по стандарту Я8-232. Для увеличения объема и мощности интеллектуальной системы связи с базами данных целесообразно реализовать по оптоволоконным каналам связи. Следует отметить, что выполнение функций блоков 10-18 может осуществляться ПК по • » соответствующей программе.
/ = /° [/0и° аи + (3)
Таким образом, выражения показывают, что первый интеграл соответствует интегралу мощности светового потока, проходя через световод без отражения, но второй интеграл дает цельный свет мощность потока для конуса лучей, прошедшего световод с
отражением от боковых стенок [2]. После интегрирования выражения (3) получаем
1 = 10 d + ^ i1 - R С0- (4)
Обозначить = a(R), Uеа = р I lnR\ Uo
1(р-1)
Потом I = IoUo {1 + a(R) [1 - R^^]} (5)
Разнообразие конструкции интеллектуальных оптико-электронных преобразователей обуславливает разнообразие их математических моделей. Изменение уровня жидкости в напольном световоде можно определить путем разделения светового потока Ph (h) вдоль полого световода преобразователя.
Прямой световой поток определяется как
Phdt = lLe-KxL (6)
Но отраженный световой поток будет определяться выражением:
Ph (х) = IS (Л - -1) • f^'tffU dUe-K*LiUuXL±UdU (7)
res Х2 L2 Ul И
Полный поток, падающий на приемник излучения
Ph(x) = il [e-KxL + (L_ - 1) e-KxL iULUcXo~SUUdU$ULpD ] (8)
L2 Х2
Технические характеристики Диапазон трансформации уровня, м - 0-3 Погрешность измерения, см. - 0,5 Чувствительность мм / В -0,15 Количество контрольных точек - до 20 Размер первичного преобразователя, м - 0,055'3,1 Полость материала световод - оргстекло (титановый сплав).
Интеллектуальные оптоэлектронные устройства, разработанные для регулирования уровня жидкости, являются новой разработкой измерительных технологий, обусловленной постоянно растущими требованиями к точности, надежности и адаптивности современных промышленных и экологических систем мониторинга. Предлагаемые интеллектуальные измерительные преобразователи решают несколько критических проблем: высокую точность измерения, устойчивость к шуму и адаптацию к окружающей среде на основе передовых оптоэлектронных принципов.
Одной из важнейших особенностей и сильных сторон предлагаемой системы является интеграция как аналоговых, так и цифровых компонентов, что гарантирует, что обработка сигнала выполняется с высокой помехоустойчивостью. Возможность объединения различных датчиков, таких как датчики уровня, температуры и смещения, в одну измерительную систему повышает универсальность и надежность. Конструкция этого устройства означает, что оно будет мало подвержено изменениям внешних условий, таким как большие перепады температуры или электромагнитные помехи, и, следовательно, особенно подходит для работы в экстремальных или изменяющихся условиях. Еще одной интересной особенностью системы является использование интеллектуальных алгоритмов для самодиагностического анализа и исправления ошибок. Это позволяет устройству автоматически обнаруживать возможные сбои или отклонения в поведении от того, что было указано, и, следовательно, поддерживать эксплуатационную надежность с минимальным ручным вмешательством, необходимым для этого. Функция самотестирования гарантирует, что система будет оставаться в пределах установленных допусков, предотвращая неверные показания или сбои системы. Эта функция особенно важна в приложениях, где требуется непрерывный мониторинг, например, при мониторинге подземных вод, где даже небольшое нарушение точности измерений может
иметь серьезные последствия.
Структурированный подход к проектированию системы, в котором различные функциональные модули объединяются в согласованную систему, повышает общую производительность и адаптивность устройства. Модульная архитектура гарантирует, что отдельные компоненты могут быть легко обновлены или заменены при появлении новых технологий, обеспечивая долгосрочную устойчивость и гибкость для будущих достижений в измерительной технологии. Кроме того, способность системы адаптироваться к различным типам датчиков и условиям окружающей среды гарантирует, что ее можно интегрировать в различные промышленные приложения, от управления процессами до мониторинга окружающей среды.
Однако, хотя представленная система обеспечивает значительное повышение точности измерений и расширяет круг эксплуатационной гибкости, ее практическая реализация может столкнуться с некоторыми препятствиями. Например, сложность плавной интеграции как аналоговых, так и цифровых частей требует точной калибровки и тщательного тестирования. Кроме того, система может быть чувствительна к определенным физическим условиям, таким как пыль или другие загрязняющие вещества на поверхности, поскольку она опирается на оптоэлектронные датчики. Эти проблемы необходимо будет серьезно рассмотреть во время изготовления системы, чтобы гарантировать ее надежность.
Такие оптоэлектронные интеллектуальные устройства способны удовлетворить современные технологические системы очень надежными и технологически продвинутыми средствами измерения и регулирования уровня жидкости. Объединяя в одном блоке как аналоговые, так и цифровые элементы, они обеспечивают высокоточную, высоконадежную, помехоустойчивую работу для широкого спектра приложений — от управления промышленными процессами до мониторинга окружающей среды. Этого можно достичь за счет повышения адаптивности системы к различным типам датчиков и внешним условиям окружающей среды, что повысит ее универсальность и долгосрочную эффективность работы. Более того, функции самодиагностики и исправления ошибок повышают надежность системы, сокращают ручное вмешательство и позволяют избежать неточностей измерений.
Предлагаемая структурированная архитектура основана на различных функциональных модулях, которые обеспечивают высокую адаптивность и облегчают модернизацию в будущем, чтобы поддерживать актуальность системы по мере развития технологий. Хотя существуют проблемы, такие как чувствительность датчиков к факторам окружающей среды и интеграция различных компонентов, их можно свести к минимуму с помощью тщательного проектирования и тестирования. В целом интеллектуальная оптоэлектронная система измерения уровня жидкости является большим шагом вперед в измерительной технике, многообещающим применением в различных секторах, особенно в системах управления водными ресурсами и промышленного мониторинга. По мере дальнейшего развития технологий возможность дальнейшего улучшения точности, устойчивости и адаптивности будет только расширяться, и будет обеспечено, что эти системы будут играть свою роль в будущем автоматизированного измерения и контроля.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ergashev, O. M., Turgunov, B. X., & Turgunova, N. M. (2023). Microprocessor Control System for Heat Treatment of Reinforced Concrete Products. International journal of inclusive and sustainable education, 2(5), 11-15.
2. Ergashev, O. M., & Ergasheva, S. M. (2023). Foydalanuvchi interfeyslarida multimedia imkoniyatlari, axborot namoyish etish shakllari. International Journal of Contemporary Scientific and Technical Research, 179-181.
3. Ergashev, O. M., & Turgunov, B. X. (2023). Intelligent optoelectronic devices for monitoring and recording movement based on hollow fibers. Central asian journal of mathematical theory and computer sciences, 4(5), 34-38.
4. Mirzapolatovich, E. O., Eralievich, T. A., & Mavlonzhonovich, M. M. (2022). Analysis of Static Characteristics Optoelectronic Level Converters Liquids and Gases Based on Hollow Light Guides. European journal of innovation in nonformal education, 2(6), 29-31.
5. Mirzapo'lotovich, E. O., & Mirzaolimovich, S. M. (2022). Ta'limda jarayonida lms tizimlar taxlili. Ta'lim va rivojlanish tahlili onlayn ilmiy jurnali, 118-122.
6. Sobirovich, K. V., Mirzapulotovich, E. O., & Mirzaolimovich, S. M. (2023). Advantages of using LMS as a System for Monitoring, Evaluating and Monitoring Learning Outcomes.
7. Shipulin, Y. G., Raimzhonova, O. S., Ergashev, O. M., & Usmanov, Z. K. (2021). Method for Ensuring Continuous Functioning of Multichannel Systems for Control and Recording of Water Composition in Seismic Wells.
8. Mirzapulatovich, E. O., Eralievich, T. A., & Mavlonjonovich, M. M. (2022). Mathematical model of increasing the reliability of primary measurement information in information-control systems. Galaxy International Interdisciplinary Research Journal, 10(5), 753-755.
9. Ergashev, O. (2023). Android platformasiga dastur ta'minot yozishda dasturlash tilini tanlash ahamiyati. Engineering problems and innovations.
10. Ergashev, O. (2023). Elektron hujjat almashinuvining o'ziga xos hususiyatlari. Engineering problems and innovations.
Ergashev, O. (2023). Axborot texnologiyalariga oid qonun va qarorlarning informatika va axborot texnologiyalari fanini o'qitishdagi ahamiyati. Engineering problems and innovations.
