22.3 Прогнозирование качества и состояния как метод повышения эксплуатационных показателей рэа

Прогнозировать событие - значит, предвидеть, предсказать будущее событие на основании изучения таких факторов, от которых оно зависит или которые ему сопутствуют. Научное прогнозирование основывается на изучении объективных закономерностей, которым подчиняются интересующие нас процессы и события. При этом используются две группы закономерностей: 1.закономерности случайных событий или вероятностные (стохастические); 2. закономерности детерминированные. При прогнозировании события можно выделить два характерных подхода к решению поставленной задачи: 1) прогнозирование будущего состояния данного события на основании изучения закономерности изменения данного события; 2) прогнозирование будущего состояния данного события на основании изучения другого события (или группы других событий), связанного с данным.

Прогнозирование состояния и качества осуществляют на различных стадиях создания и использования изделий: на стадии проектирования, производства и эксплуатации. На стадии проектирования прогнозирование применяют при решении вопросов совершенствования конструкции изделий, выбора оптимальных режимов технологии, подбора дискретных элементов, определения требований по надежности и т.д. На стадии производства прогнозирование применяют для целей управления технологическими процессами, для отбраковки потенциально ненадежных изделий на отдельных технологических операциях, отбора изделий повышенной надежности, оценки и контроля надежности и пр. На стадии эксплуатации прогнозирование применяют для обоснования сроков проведения профилактических работ, определения ЗИП, оценки остаточного ресурса и т.п. Все эти мероприятия позволяют создавать конструкции, которые наилучшим образом удовлетворяют предполагаемым условиям работы своевременно предупредить отказы и применить такие рабочие условия и условия обслуживания изделий, которые наилучшим образом отвечают задаче обеспечения заданной надежности и эффективности.

22.4 Принципы преобразования в волоконно-оптических датчиках физических величин Амплитудные волоконно-оптические датчики. Оптическое мультиплексирование волоконно-оптических датчиков физических величин.

По принципу действия все вол.–опт. датчики делятся на четыре класса в соответствии с тем, какой из параметров оптической волны, E=Empexp(t+) распр-ся по волокну, исп. для получения инфо об измеряемом физ. возд.: Em – амплитуда эл. поля, фаза φ, состояние или направление поляризации эл. вектора р, или частота ω.

Принцип действия ВОД: Оптическое излучение от ист. проходит через передающий оптич. канал на чувствит. элемент (ЧЭ), нах-ся под возд. измеряемой величины. В рез-те физ. возд. оптические свойства ЧЭ изменяются, что приводит к изменению параметров оптич. излучения. Далее преобразованное оптическое излучение через приемный оптический канал поступает на регистрирующее устройство.

В основу классиф. ВОД положено различие оптических схем модуляции света, фазовой модуляции света (интерференционные), поляризационные датчики, частотные датчики.

Амплитудные ВОД данного типа можно разделить на два класса: отражательные и проходные. С точки зрения функц. особенностей разработаны датчики с оптическим преобразователем на конце волокна и датчики, в которых оптическое волокно исп. только в качестве зонда, подводящего и отводящего оптич. излучение от исслед. объекта.

Примером первого типа являются датчики тем-ры с закрепленной на торце волокна пленкой п/п-го материала с зеркалом, поглощение света в которой измен. от темп-ры; датчики давления, перемещения, тем-ры на основе закрепленной на торце волокна мембраны. Примером второго типа являются датчики для наблюдения фотолюминесценции или отражательной способности какого-либо объекта. С конструктивной точки зрения ВОД отражательного типа могут быть вып. как одноволоконные с разветвителем, так и двухволоконные, а также на основе жгута оптических волокон.

Для получения хорошей стабильности и чувствительности применяется двухканальная схема или схема со светодиодами, работающими на двух длинах волн: измерительной и опорной.

А мплитудным ВОД физ. величин присущ общий недостаток, закл. в слабой устойчивости измерит. инфо к дестабилиз. возд. Колебания интенсивности излучения, вызв. изменениями мощности излучателя, чувствительности фотоприемника или потерь подводящих световодов, восприним. как полезный сигнал. Влияют на х-ки элементов ВОД мех. воздействия, вызванные вибрациями, ударами, колебаниями давления. Механич. напряжения в кристаллах и эл-ах конструкций п/п-ых излучателей приводят к нестабильности мощности излучения примерно 0,8…5%.

1 – источник оптического излучения; 2 – фотоприемник; 3 – волоконно-оптический разветвитель; 4, 7 – зеркала (опорного канала и измерительного); 5 – отрезок оптического волокна;

6 – преобразователь отражательного типа; 8, 8’ – полосовые электронные фильтры; 9 – измеритель отражения сигналов

Поэтому для улуч. х-к амплитудные ВОД строят по дифференц. схемам. Однако даже это не позвол. получить погрешность измерений менее 0,1% и динамический диапазон порядка 10⁴.

К достоинству амплитудных ВОД можно отнести миниатюрность чувствительного элемента и удобство преобразования измеряемых воздействий.

В мультиплексной схеме предполагается исп. только одну ВОЛС, связывающую датчики с одним источником и приемником излучения. Тогда можно достичь значит. экономии в энергопотреблении и стоимости элементной базы за счет ум. числа ВОЛС, источников и приемников излучения.

Одним из перспективных методов мультиплексирования ВОД является метод когерентной частотной рефлектометрии. Он позволяет улучш. чувствительность фотоприемника излучения за счет гетеродинного или гомодинного приема излучения, возрастает чувствительность отдельных ВОД, обусл. применением интерференционных м-ов излучения физ. величин.

В этом методе чувствительные элементы предст. собой участки одномодового световода, расп. между отражателями с малым коэфф. отражения. При измен. частоты излучения лазера по линейному закону отклик фотоприемника на отраж. сигнал предст. собой суперпозицию гармон. сост., частота которых пропорциональна запаздыванию отраженных волн, амплитуда – амплитуде этих волн, а фаза опред. фазовой задержкой в световоде. Измерив разность фаз в гармонических составляющих сигнала, соответствующих отражению от двух соседних отражателей, можно определить фазовую задержку излучения в расположенном между ними световоде.

В методе когерентной частотной рефлектометрии положение каждого датчика кодируется своей частотой, поэтому длины световодов в датчиках могут быть выбраны независимо.

Так как отклик фотоприемника пропорционален амплитудному коэффициенту отражения, то, используя отражатели с малым коэффициентом отражения, можно уменьшить перекрестные помехи, обусловленные многократными переотражениями в световоде.

При этом методе число мультиплексируемых ВОД может достигать несколько десятков при достаточно высоком уровне отношения сигнала к шуму в системе.