Введение к работе
Актуальность темы. Проблема защиты населения, окружающей сре-цы и материальных ценностей общества от промышленных аварий, катастроф и возникающих в этой связи чрезвычайных ситуаций (ЧС), яв-пяясь одной из важных составляющих национальной безопасности России, требует решения множества научно-технических задач, среди которых: изучение процессов, возникающих при авариях, катастрофах и эпасных природных явлениях, путем их натурного моделирования в цепях принятия организационных и инженерных решений при строительстве и эксплуатации хозяйственных объектов, снижающих опасность /щерба; непрерывное наблюдение и контроль объектов потенциальной эпасности с целью прогнозирования, предупреждения и ликвидации ^следствий ЧС.
При решении названных задач возникает необходимость обнаружения и регистрации процессов импульсного характера: аварийных взры-юв, выбросов токсичных и радиоактивных продуктов в условиях длительного наблюдения. В натурных экспериментах по изучению скоротечных аварийных процессов, таких как взрывы и их воздействия на >азличные объекты, регистрация процессов является первичной зада-іей и осуществляется с помощью регистрирующих средств измерений ІРСИ). Пространственная масштабность, уникальность таких экспери-іентов требуют большого числа измерительных каналов (более 100), [то делает неэффективным применение кабельных линий, в том числе шний синхронизации в виду их большого объема (несколько километ-юв). а, следовательно, высокой стоимости и трудоемкости прокладім. Применение автосинхронизации запуска режима регистрации РСИ ітносительно исследуемого процесса в условиях длительного наблюде-ия и наличия помех ставит задачу надежного обнаружения процесса.
Для систем контроля объектов необходимость регистрации опре-іеляется тем, что для адекватного реагирования в скоротечных ЧС ребуется знание динамики аварийных процессов. При этом условия аблюдения аналогичны описанным.
Современный подход к построению многоканальных измерительных истем - применение пространственно рассредоточенных малоканальных икропроцессорных РСИ. При этом существующие средства в указанных словиях не обеспечивают необходимой помехоустойчивости автомати-еского запуска, поскольку условие длительности наблюдения процес-ов наряду с жесткими условиями воздействия наблюдаемых процессов
4 приводит к увеличению вероятности появления помех и сбоя этих средств. В то же время наличие значительных вычислительных ресурсов в таких средствах, предназначенных для обработки зарегистрированной информации, но слабо используемых в режиме регистрации, ставит задачу использования этих ресурсов для обеспечения надежного автоматического запуска регистрации.
Таким образом, актуальной является задача совершенствования способов автоматического запуска регистрации процессов импульсного характера в условиях длительного наблюдения.
Целью работы является совершенствование цифровых автономных средств регистрации процессов импульсного характера для условий длительного наблюдения: разработка и апробация алгоритмов автоматического запуска по обнаружению признаков процесса, структурь: средств и систем на их основе.
Основные задачи поставленные для достижения этой цели:
анализ средств измерительной регистрации процессов импульсного характера и способов их синхронизации в условиях длительного наблюдения;
анализ и выбор подходов к описанию формы импульсных сигналов для задания признаков процессов импульсного характера, разработка аппарата задания признаков на базе априорных данных;
разработка алгоритмов автоматического запуска регистрацш процессов импульсного характера по обнаружению полезного измерительного сигнала;
анализ и разработка структуры микропроцессорных регистраторов формы импульсных сигналов с автозапуском по обнаружению полезного измерительного сигнала.
реализация микропроцессорных регистраторов формы сигналов < автоматическим запуском, систем на их основе и экспериментальна: оценка их работоспособности в условиях натурного моделирования і наблюдения аварийных процессов импульсного характера.
Методы исследования. Решение поставленных задач базировалосі на применении методов теории распознавания образов, теории обнару жения, цифровой обработки сигналов, методов натурных испытаний методов моделирования цифровых устройств при экспериментально! проверке результатов.
Научная новизна работы заключается в следующем: 1. Выявлены подходы к описанию формы импульсных сигналов, ко торые могут быть использованы для задания и обнаружения признако
5 іроцессов импульсного характера - это: описание через локальные и мтегральные характеристики, структурное описание, описание через іриведение к эталонным формам.
-
Впервые разработаны алгоритмы автоматического запуска регистрации процессов импульсного характера по обнаружению признаков іроцессов в измерительных сигналах с использованием описания формы :игналов: через интегральную сумму отсчетов сигнала, через матрицу )тношений отсчетов сигнала, через допустимые преобразования формы :игнала в эталонную форму.
-
Предложена методика автоматизированного задания признаков іроцессов импульсного характера из априорных данных через описание )ормы сигналов, а на базе этой методики - структура системы подго-ювки автоматического запуска регистрации процессов импульсного ;арактера.
-
Исходя из задачи реализации автоматического запуска пред-южены структуры цифровых регистраторов формы импульсных сигналов 1ля реализации разработанных алгоримов автозапуска и изучены их :войства при регистрации процессов импульсного характера на дли-'ельном интервале наблюдения.
Практическая ценность. Сформулированы и обоснованы функцио-:альные и технические требования к цифровым регистрирующим средс-'вам измерений с автоматическим запуском для регистрации аварийных іроцессов импульсного характера в условиях длительного наблюдения.
Разработаны и созданы образцы автономных цифровых микропро-,ессорных регистраторов с программной реализацией автоматического апуска, в которых реализованы предложенные алгоритмы. На базе тих регистраторов построены системы для регистрации процессов им-ульсного характера при испытаниях конструкций и сооружений на дарные воздействия.
Разработаны регистрирующие измерители концентрации токсичных оставляющих в газовой среде с автоматическим обнаружением и ре-истрацией аварийных ситуаций. На основе регистрирующих измерите-ей концентрации газов построена система непрерывного контроля оздушной среды на выброс токсичных газов.
Внедрение результатов работы. Система сбора измерительной ин-ормации на базе разработанных регистраторов с автозапуском по об-аружению сигналов внедрена в ЦНИИ им.Д.М.Карбышева Минобороны РФ, де использована при проведении измерений параметров воздушной дарной волны в экспериментах по исследованию аварийных взрывов.
6 две системы переданы в организации Минобороны РФ, занимающиеся испытаниями объектов на ударные воздействия. Регистрирующие измерители концентрации газов установлены на промышленном предприятии АО "Ижмолоко"
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Алгоритмы автоматического запуска регистрации процессов импульсного характера по обнаружению признаков процессов в измерительных сигналах.
-
Методика и структура системы автоматизированного задания признаков процессов импульсного характера из априорных данных через описание формы сигналов.
-
Комплекс аппаратно-программных регистрирующих средств измерений с автоматическим запуском регистрации от измерительных сигналов и с интерактивным заданием параметров для автозапуска.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной конференции "Тензометрия-89" (Свердловск, 1989), на 4-м Всесоюзном координационном совещании по автоматизации проектно-конструкторских работ в машиностроении (Минск, 1989), на 2-ой конференции молодых ученых ФТИ УрО АН СССР (Ижевск, 1990), на зональной научно-технической конференции "Датчики и средства первичной обработки информации" (Курган, 1990), на 8-м Международном симпозиуме по проблемам модульных информационно-вычислительных систем и сетей (Дубна, 1991), на 9-ой Международной школе-семинаре "Расчет и управление надежностью больших механических систем" (Геленджик, 1992), на 8-й конференции "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления" (Гурзуф, 1996г.), на семинарах Физико-технического института УрО РАН (Ижевск).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей, 7 тезисов докладов. Результаты отражены также в 11 отчетах по НИР.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (123 наименования), 4 приложений. Диссертация изложена на 137 машинописных листах основного текста, содержит 31 рисунок, 4таблицы.