Введение к работе
Актуальность работы : Развитие сенсоэлектронной техники способствовало проникновению разработанной на ее основе аппаратуры во все отрасли народного хозяйства при веодв и обработке оперативной информации для эффективного управления технологическими процессами, рациональной организации управленческой деятельности , проведения научных исследований , в биту и т.п. . Это обусловлено тем, что сенсоэлектроншв схемы , реагируйте на биоэлектрические параметры .человека, позволяют формировать информационные . сигналы с минимальными затратами сенсомоторкой энергии.
Из многообразия сенсорных преобразователей в силу целого рядз объективных причин, главным образом еытркзющих из физической сущности формирования информации , в качестве технических средств для оперативного управления в эргатических системах есє шире используются резонансные тактильные сенсоры (ТС), отличающиеся еысокой разрешающей способностью, повышенной вибростойкостью, помехоустойчивостью, надежностью и т.п.
Однако при простоте схемотехнической реализации и деюивизнэ ТС, благодаря формировании тактильной информации в системе "биоткань -электрическая схема", возникает необходимость в понижении напряжения питания схемы формирования сенсорной информации (ФСИ) с целью обеспечения электробезопасности работы человека при непосредственном прикосновении пальцем к токопроводящему кзтзлличэскому участку обращения (УО), а такке ограничиваются возможности эксплуатации аппаратуры как в нормальных условиях (из-за окисления и каррозирования поверхности УО), так особенно в сильноагрэссивных к взрывоопасных средах, при очень низких - морозостойких и весьма высоких - тропических температурах.
ПерЕый из отмеченных недостатков достаточно легко устраняется, схемотехнически - путем использования маломощных полупроводниковых алементоз и интегральных схем и является положительным качеством ТС.
Второй недостаток, обусловленный агрессивностью срэды и климатическими условиями эксплуатации, которые впредь назовем экстремальными условиями , устранить в принципе невозможно,- однако, влияние этих дестабилизирующих факторов могно несколько умэньсить.
Так, влияние влажности и агрессивности срэды, приводящие к
ОКИеЛвНИЮ И КОррОЗИрОВЗНИЮ ПОВерХНОСТИ УО ВОЗМОЖНО снизить
- 4 -конструктивно-технологическими путями: анодированием или покрытием лакопроЕодящшл слоем (что недопустимо при наличии инея и обледенении), конденсированием или периодической продувкой поверхности пульта, например, озоном и т.д.; эксплуатацию изделий при низких температурах (на морозе), обуславливающую обморохинке кожного покрова и прилипание биоткани к металлической поверхности УО, а в тропических условиях, вызывающую ожоги пальцев, возможно устрашіть- эргономическими мероприятиями, воспользовавшись перчаткам;! с металлическими вкраплениями и т.п. Это приводит к усложнению аппаратуры, ее удорожанию , ухудшению процедуры оперативной обработки информации и т.п..
Указанное весьма вакно учитывать при эксплуатации тактильных устройств в таких отраслях промышленности как нефтегазодобывающая, нефтехимическая и им подобные, где оператору приходится управлять производством в среде, не удовлетворяющей экологическим нормам, обуславливающим усложнение конструкции и приводящим к громоздкости в пыле-Елагозвщшцекном и взрывоопасном исполнении.
Кроме того, влияние дестабилизирующих факторов еще сильнее проявляется, когда индивидуальные УО компануются в такие технические средства Евода и редактирования оперативной информации, как клавиатуры, планшеты и панели, объединяемые обычно в ствционарнш пульты и эксплуатируемые как на неподвижных, так и на подвижных объектах (бытовая, автотранспортная, морская, речная, авиационная, спутниковая и т.п. аппаратура), а тэкке выполняются портативными и используются в АСУ ТП непосредственно на объектах управления. В этом случае, помило ранее указанных дестабилизирующих факторов, влияющих на эксплуатацию , .весьма существенным оказывается обледенение поверхности пультов и покрытие ее инием, что приводит к одновременному замыканию всех изолированных друг от друга УО и, следовательно, не позволяет вообще использовать ТС.
Результаты оперативного управления при работе с описанной аппаратурой человек воспринимает с помощью СО'А на мнемосхемах или экране дисплея, а затем принимает окончательное решение о выполненной процедуре диалога. В этом случае наиболее эффективным оказывается непосредственное тактильное обращение к сенсорной предъэкранной панели, обычно выполняемой на прозрачной основе с УО, подобшдйі ранее описанным и незатемнящими мнемосхемы и экрана .
Поэтому уменьшение или устранение дестабилизирующих влияющих
факторов и в данном случав остается существенной проблемой, что обуславливает необходимость создания таких устройств управления аппаратурой, которые би обеспечивали взаимодействие человека с органами ееодэ и редактирования оперативкой информации бестактильным, т.е. бесконтактным способом, способствующим упрощению как процедуры обработки оперативной информации, так и конструктивной реализации технических средств диалога.
Обзор существующих методов ФСИ и анализ принципов построения преобразователей показал, что на сегодняшний день бесконтактные сенсоры для технических систем управления нашли широкое применение и подкреплены соответствующей теоретической базой, а бионические - в принципе не изучены и обуславливают проведение соответствующих исследований .
Таким образом существует актуальная задача компенсации дестабилизирующих факторов на аффективное функционирозвшіе сенсорной аппаратуры, особенно в экстремальных климатико-агрессиЕНых условиях и возникает проблема рационального использования электромагнитного излучения для создания бесконтактного биосенсора
Результаты работы включены в отчеты ВДР АГНА по теме "Исследование и разработка комплекса средств автоматики для локальных систем контроля и управления", проводимой по плану экономического и социального развития Азербайджанской республики на І99І-І995 Г.Г.
Актуальность поставленной задачи и состояние проблемы о формировании сенсорной информации биоэлектрическим источником воздействия являются осноеой для постановки цели работы, которую мокно сформулировать следующим образом : исследование я разработка бесконтактного резонансного скин-сенсора для оперативного управления в эргатических системах.
В соответствии со сформулировзнной в работе целы) решены следующие задачи:
-проведен обзор существущих методов формирования сенсорной информации и анализ принципов построения сенсоров ;
-определены основные технические и. зкспдуатационнце требования, предъявляемые к бесконтактному исш-сенсору (ВСО) как элементу эргатической системн управления;
-разработана и теоретически исследована математическая модель автогенерзторного бесконтактного оетн-сенсора, для оперативного
управления в эргатических системах;
-исследован механизм и описан процесс сенсорного взаимодействия человека-оператора с колебательной системой с учетом трех основных биоэлектрических Lo,0o,Ro-параметров , одновременно воздействующее на колебательный контур и позволяющих осуществить бесконтактное формирование информационного сигнала;
-проведены аналитико-экспериментальные исследования по определению конфигурации'; задающего элемента (ЗЭ) формирования сенсорной информации;
-определена топология основных элементов бесконтактного скин-сенсора;
-оценена нагрузочная способность бесконтактного сканируемого скин-сенсора ;
-разработаны принципы построения и схемотехнической реализации голиклавишных бесконтактных . устройств эргатических систем управления. ' ,
Методы исследований. Выполненные в работе исследования базировались .: на. использовании операторных методов решения дифференциальных уравнений, аппарата математической физики, теории электромагнитного поля, теории планирования эксперимента, регрессивного'. анализа, теории вероятностей и математической статистики.
f Научная новизна к основные положения . выносимые на защиту:
I.Математическая модель автогенераторного бесконтактного скин-сенсора, и - анализ влиящих параметров на формирование информационного сигнала.
2.Схема замещения электропроводной биоткани, эквивалентируемая I0,C0,R0-u,enbB, позволившая осуществить бесконтактное формирование сенсорной информации.'
3.Топология элементов бесконтактного скин-сенсора.
4.Принципы схемотехнической реализации поликлавипшых бесконтактных скин-сенсорных устройств для оперативного управления в вргатических системах. .
'Практическая ценность и реализация результатов работы. Обоснована перспективность применения резонансных' БСС для оперативной обработки информации в ергатических системах управления. Показаны возможности техннческоЗ реализации БСС с улучшенными характердстикЕки по oteoe8Hzb к дестебплпзпрущим' факторам,
обусловленным срэдой эксплуатации. .
Теоретические и практические результаты работы использованы и
внедрены е цэхе й17 КШ ПО."Лзернефтьяг" в аппаратуре - оперативной
обработки информации в іштерактішюм дисплейном 'рэшмё' на установке
ЭЛОУ ABT-G.
Апробация работа. Основные положения и результаты работы докладывались на II Международном симпозиуме "Энергия, вколотя, экономика" (г.Баку, 19ЭЗ г.) и на на Научно-практической конференции "Пути плодотворного использования научно-технического потенциала республики в производстве" (г.Баку ,1994 г.). .-.'
В полном объеме диссертационная рзботз обсувдалзсь к .получила полоЕитальную оценку на заседании -кафедры; "Автоматика , твлекаханисз и электроника" и специализированного семинара' ш специальности 05.13.05 - "Элементы и устройства вычислительной терщики и' систем управления" Азербайджанской' Государственной Нефтяной Академии.
Публикации. По результатам диссертации опубликована'7 статей.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырехглав, заключения, списка литер зтурн,. вкличазсдэго 103 наименования и двух приложений, содер"іт 122 глепннописннх страницы осноекого текста, -1Q рисунков и 17 таблиц.
