Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Интеллектуальные информационно-измерительные системы контроля колебательных процессов

В рубрику "Комплексные системы безопасности" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Интеллектуальные информационно-измерительные системы контроля колебательных процессов

В последние годы все более широкое распространение получили информационно-измерительные системы контроля и диагностики динамики физических параметров технических систем и устройств, таких как слабодинамические линейные и угловые ускорения, вибрации, удары, деформации, давление и др. Именно динамические процессы зачастую являются наиболее информативными параметрами, определяющими физическое состояние различных технических систем и устройств
Евгений
Мокров
Научный руководитель ЗАО "ЦеСИС НИКИРЭТ", д.т.н., профессор
Виталий
Кобзун
Помощник директора ЗАО "ЦеСИС НИКИРЭТ" по техническим средствам охраны, заведующий кафедрой "Автоматизированные системы безопасности" Пензенского государственного университета

Традиционно большое внимание уделяется созданию систем контроля колебательных процессов, связанных с воздействием слабодинамических линейных ускорений, вибраций и ударов. При этом значительно расширились требования как к амплитуде (особенно в сторону низких значений), так и к частотному диапазону контролируемых параметров. Первичным звеном данных систем выступают датчики и чувствительные элементы, которые размещаются непосредственно на контролируемых объектах и зачастую работают в жестких условиях. Поэтому к датчикам и чувствительным элементам предъявляются особые требования по надежности и стабильности метрологических характеристик.

Классификация датчиков

Сегодня выпускается огромная номенклатура датчиков для контроля слабодинамических линейных ускорений, вибраций и ударов, реализующих различные принципы преобразования физических величин в информационный сигнал. Среди них наибольшее распространение получили микроэлектронные кремниевые датчики, пьезоэлектрические виброизмерительные преобразователи, а также индукционно-индуктивные датчики (геофоны), которые, в основном, соответствуют требованиям по амплитудно-частотному диапазону и другим техническим характеристикам. Их амплитудные диапазоны находятся в пределах от 10-6 g до 105 g, а частота измеряемых сигналов – от 0 до 105 Гц. Каждый вид датчиков имеет свои особенности.

Назначение устройств
Для измерения слабодинамических линейных ускорений в диапазоне от 10-3 g до 102 g чаще всего применяют микроэлектронные кремниевые датчики. Для измерения вибраций в амплитудных диапазонах от 10-1 g до 105 g и частотном диапазоне от 0,1 Гц до 105 Гц используются в основном пьезоэлектрические датчики. Для измерения вибраций низких диапазонов от 10-6 g до 102 g используются геофоны.


Таким образом, характеристики вышеназванных видов датчиков позволяют создавать различные устройства для контроля и диагностики в разнообразных технических и технологических системах. В настоящее время в информационно-измерительных системах контроля и диагностики все большее распространение получают так называемые беспроводные системы с передачей информации по радиоканалу от различных датчиков физических и электрических параметров, в том числе устройств, измеряющих различные колебательные процессы. В таких системах широко используется микропроцессорная обработка сигналов поступающей информации как с датчиков и чувствительных элементов, так и с узлов сбора и обработки информации. Передача и прием этой информации производятся через высокоуровневые системы, в том числе такие, как GSM и GPRS.

Как это выглядит на практике?

Приведем пример создания подобных решений с применением устройств, контролирующих вибрационные процессы и воздействия слабодинамических линейных ускорений.

Разработанное в "Центре специальных инженерных сооружений" (ЗАО "ЦеСИС НИКИРЭТ") вибрационное средство обнаружения (ВСО) "Препона-А" изначально было предназначено для выявления нарушителя, преодолевающего инженерное заграждение из сварных металлических панелей типа "МАХАОН" или аналогичных им, то есть для охраны периметров объектов.

"Препона-А" представляет собой маскируемую систему охраны периметра и состоит из множества (до 255) модулей чувствительных элементов (МЧЭ), формирующих локальные зоны обнаружения. МЧЭ примыкают друг к другу и создают непрерывный рубеж охраны. Информация о преодолении периметра и состоянии работоспособности самого МЧЭ передается от него по радиоканалу на блок сбора и обработки информации (БСОИ).

БСОИ – это стационарный модуль, который располагается на рабочем месте оператора службы охраны. Отсюда информация может быть направлена по проводной, беспроводной (GSM) или оптическим линиям связи на верхний уровень охраны объекта.

МЧЭ представляет собой точечный вибрационный датчик, имеющий один вход для подключения внешних датчиков релейного типа и один выход для управления внешним устройством. В герметичном корпусе датчика расположены чувствительный элемент, элементы питания и радиоканал.

МЧЭ незаметен постороннему наблюдателю, так как крепится внутри опоры заграждения с помощью магнитов без каких-либо дополнительных крепежных элементов и закрывается сверху декоративной крышкой. Таким образом, с минимальными трудозатратами на монтаж получается полностью замаскированная система. Каждый такой МЧЭ контролирует зону до 100 м – в зависимости от конструкции заграждения и помеховой обстановки на объекте.

Обслуживание ВСО сводится к замене элементов питания (один раз в год).

Преимущества вибрационных средств обнаружения

Основные достоинства ВСО заключаются в следующем:

  • пассивный принцип обнаружения нарушителя;
  • локализация точки вторжения с точностью до шага установки чувствительных модулей;
  • отсутствие какого-либо крепежа у датчика обеспечивает простоту монтажа изделия;
  • способ крепления гарантирует 100%-ную маскировку чувствительного элемента и всей системы в целом;
  • отсутствие каких-либо кабелей связи и питания на периметре кардинально снижает затраты на оборудование объекта;
  • чувствительный элемент выполнен в виде законченного модуля, что значительно сокращает трудоемкость монтажа (демонтажа) чувствительного элемента;
  • настройка каждого чувствительного модуля позволяет адаптировать изделие к различным условиям эксплуатации внутри одного объекта;
  • возможность "горячей" замены или добавления чувствительного модуля без временного отключения системы;
  • конфигурирование участков охраны для сопряжения с приемо-контрольным прибором посредством сухих контактов реле;
  • при организации соответствующих линий питания и передачи данных на периметре возможно создание протяженных рубежей охраны.

Решение задач контроля доступа

Основные идеи, заложенные в конструкцию изделия, оказались востребованы не только при обеспечении безопасности периметров, но и в других случаях. Например, одна из модификаций изделия способна решать задачи охраны и контроля доступа находящихся в пути или временно неподвижных (пребывающих на стоянках) грузов. Это автономное средство обнаружения и идентификации с модулем глобального позиционирования и передачей данных по каналам операторов мобильной связи. Оно позволяет взять под охрану группу объектов (к примеру, грузы на железнодорожных платформах состава в движении или на складе временного хранения). Кроме того, данное средство обнаружения обеспечивает вывод данных на локальный пост охраны или передает информацию о состоянии группы охраняемых объектов по каналам операторов мобильной связи. Ключевыми преимуществами этого изделия являются высокая устойчивость к ложным срабатываниям при высокой надежности обнаружения тревожных ситуаций, гибкость применения и автономность.


Еще один вариант применения ВСО "Препона-А" – организация контроля доступа к подземным коммуникациям и сооружениям через канализационные люки. Ключевыми преимуществами этой модификации, обеспечивающими ее высокую эффективность, являются:

  • низкая чувствительность к фоновой вибрации, включая движение тяжелого колесного транспорта непосредственно по крышке люка, при высокой надежности обнаружения вскрытия;
  • локализация точки тревоги с возможностью геопривязки;
  • идентификация сотрудников при обнаружении вскрытия люка;
  • высокая вандалоустойчивость;
  • отсутствие необходимости прокладки линий связи.

Альтернативные варианты использования

Поскольку в основу конструкции заложен принцип работы, известный как беспроводные сенсорные сети, то на базе "Препоны-А" может быть построена целая серия устройств сбора, обработки и передачи информации практически с любых оконечных устройств (датчиков). Сфера применения таких приборов чрезвычайно широка. Например, организация контроля за превышением предельных уровней динамических нагрузок в конструкциях ангаров, мостов и подобных им сооружений. Возможность установки множества беспроводных точечных устройств сбора и передачи информации в критически важных местах конструкции позволит в кратчайшие сроки с минимальными затратами организовать эффективную систему контроля уровня безопасности объекта.

Построение комплексов и систем раннего предупреждения о сходе лавин, селевых потоков и подобных природных катаклизмов – еще одно из возможных применений такого изделия. Сетевой принцип сбора и передачи данных с геопривязкой местоположения конкретного оконечного устройства (датчика) позволит существенно снизить риски гибели людей и материальных ценностей, находящихся в сейсмоопасных районах. При этом все приведенные примеры должны подчиняться одной идее – правильному построению системы безопасности. Сделать ее эффективной можно только при комплексном подходе к решению задач.

ЦЕСИС НИКИРЭТ, ЗАО
(ЦЕНТР СПЕЦИАЛЬНЫХ
ИНЖЕНЕРНЫХ
СООРУЖЕНИЙ НАУЧНО-
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО
И КОНСТРУКТОРСКОГО
ИНСТИТУТА
РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ
ТЕХНИКИ)
440013 Пенза,
ул. Чаадаева, 62
Тел.: (8412) 37-4048 (служба продаж)
Тел/факс: (8412) 37-4050 (секретарь)
Е-mail: info@cesis.ru, snabsbit@cesis.ru
www.cesis.ru
www.cesis-proekt.ru

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #1, 2016
Посещений: 6725

  Автор

 

Евгений Мокров

Научный руководитель ЗАО "ЦеСИС НИКИРЭТ", д.т.н., профессор

Всего статей:  1

  Автор

Виталий Кобзун

Виталий Кобзун

Помощник директора ЗАО "ЦеСИС НИКИРЭТ"

Всего статей:  4

В рубрику "Комплексные системы безопасности" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций