1.5.3. Система синхронной регистрации сигналов эми и механических параметров образцов игд со ран
В настоящее время в лаборатории механики горных пород Института горного дела СО РАН используется автоматизированный лабораторный стенд для исследования процесса трещинообразования в твердых материалах путем регистрации электромагнитных сигналов. Структурная схема стенда представлена на Рис. 1 .12 [ CITATION Вос96 \l 1033 ].
Рис. 1.12 - Структурная схема лабораторной установки
Основными узлами лабораторного стенда являются нагружающее устройство (пресс) и измерительно-вычислительный комплекс.
В качестве нагружающего устройства используется гидравлический пресс усилием до 300 кН с гидронасосом. В процессе выполнения лабораторных исследований испытуемый образец устанавливается между плитами пресса с использованием изоляционных прокладок, материал которых не должен разрушаться под действием приложенной нагрузки, а также вызывать паразитное излучение. Высота исследуемого образца должна быть не менее двух его диаметров, что обеспечивает в средней его части область однородного напряженно-деформированного состояния.
Для регистрации нагрузки на образец используется датчик силы, выполненный в виде кольцевого цилиндра с наклеенными на его поверхности тензорезисторами, включенными по мостовой схеме, и усилителя постоянного тока.
Вблизи от исследуемого образца у боковой его поверхности устанавливается датчик электромагнитных сигналов. Для уменьшения наводок все используемые датчики соединяются с измерительным комплексом с помощью коаксиальных кабелей, имеющих минимальную длину.
Система одноосного нагружения подключается к измерительно-вычислительному комплексу АСИ-2 или предшественнику АСИ-1.
Регистрация деформации испытуемого образца в процессе нагружения осуществляется с помощью наклеиваемых на боковую поверхность одного или двух тензорезисторов, включенных в мостовую схему с термокомпенсацией и усилителя постоянного тока.
Недостатки такого подхода к измерению деформации является то, что: наклеивание на образец горной породы тензодатчиков является трудоемким и не технологичным; отсутствие возможности обеспечить повторяемость измерений, поскольку тензометрический мост разрушается после проведения эксперимента; дрейф нуля источника питания и уход за входной диапазон АЦП ведет к уникальности каждого замера; трудность обеспечения питания моста, для которого необходимо стабильное двуполярное питание; разборос номиналов тензометрических дачиков; в невозможности использовать циклическое нагружение-разгружение образца горной породы из-за гистерезиса тензометрического моста; большая погрешности измерений зависящих от внутренних шумов усилителя.
Таким образом, используемая техническая база для проведения исследований в области разработки диагностических критериев прогноза геодинамических проявлений горного давления морально устарела и требует доработок.
Методы повышения точности аналого-цифровых преобразований
С появлением цифровых автоматизированных систем, привело к появлению задач обработки сигналов в таких системах. В работе [ CITATION Губ85 \l 1033 ] приводится систематизация основных теоретических результатов в области математической статистики, синтеза методов обработки информации в контрольно-измерительных системах.
В работе [ CITATION Бог04 \l 1049 ] рассмотрены особенности построения алгоритмов обнаружения, различения и оценивания сигналов в аналого-цифровых системах. Отражены методы синтеза алгоритмов обнаружения, различения и оценивания сигналов на основе статистических принципов инвариантности, несмещенности и подобия для решения задач с параметрической априорной неопределенностью, при ограниченных объемах выборки, а также на сочетании этих принципов между собой и с широко применяемыми байесовским подходом, принципом минимакса и принципом асимптотической оптимальности при больших объемах наблюдаемой выборки. Предложены методы синтеза робастных и асимптотически робастных алгоритмов, мало чувствительных к изменению вида распределений наблюдаемых данных. Обсуждаются проблемы синтеза алгоритмов для аналого-цифровых систем обработки сигналов.
На сегодня известно несколько способов повышение точности аналого-цифрового преобразования, но наиболее популярные из них: основываются на увеличении разрядности АЦП и на методе, основанного на добавлении на вход АЦП гауссовского широкополосного шума с известными параметрами распределения, который был предложен в работе [ CITATION Van84 \l 1049 ]. В работах [х, х] была предложена оценка сигнала в аналого-цифровой системе с одним уровнем квантования, полученная по методу моментов. Однако, в [ CITATION Бог04 \l 1049 ] показано, что оценки, полученные по методу моментов, могут быть смещенными и принадлежат к классу неэффективных оценок.
В работе [ CITATION Цве89 \l 1049 ] рассматриваются вопросы синтеза и анализа методов обработки информации в аналого-цифровых системах. В качестве критерия качества алгоритмов используется значение среднеквадратической погрешности результата измерений, отмечается существование оптимальных, инвариантных, робастных и адаптивных алгоритмов. Под оптимальным понимается алгоритм, обеспечивающий минимум среднеквадратической погрешности в условиях адекватности математической модели объекта его реальности. В этом случае априорная неопределенность объекта и условий измерений обусловливают параметрическую априорную неопределенность модели.
В работе [x] была получена оценка сигнала в аналго-цифровой системе с одним уровнем квантования и шумами квантования в пределах 0.5 ЕМР. Однако, применение такой оценки при технической реализации затруднительно в следствие трудности измерения и соблюдения уровня квантования в заданном диапазоне.