Научные стремления 2011-1

методики оценки вариантов построения комплекса технических средств охраны на базе комплекта БТСО по критерию ―эффективность-стоимость‖, позволяющей учесть задачи охраны и особенности охраняемых объектов.

Материалы и выводы данных исследований следует использовать при подготовке перспективного плана развития службы инженерно – технических средств охраны внутренних войск МВД Республики Беларусь.

Литературные источники

1.Законом Республики Беларусь «О внутренних войсках Министерства внутренних дел Республики Беларусь»

2.Степанов,Е.И., Клочков,С.Г. Технические средства охраны: Учебное пособие.

—М.: Издание ВИА, 1997.

3.Электронный ресурс: www.texinvest.ru

I.G. Linnik, A.N. Kovalenko

OF DEVELOPMENT AND EFFECTIVE APPLICATION PROTECTION MEANS

Faculty of internal troops formation establishment «Military academy of Byelorussia», Minsk

Summary

The problems which performance, depends on equipment means are assigned to internal troops.Efficiency of application of means depends on set of factors and is estimated by various criteria.As a result of researches bases of construction of means of protection on the basis of complete set by criterion "efficiency-cost" have been developed.

681

УДК 577.353; 612.014.421; 612.741.1

М.М. Меженная, А.Н. Осипов, Н.С. Давыдова, М.В. Давыдов

ЭЛЕКТРОМИОГРАФ С ФУНКЦИЕЙ АВТОМАТИЧЕСКОГО ЧАСТОТНО-ВРЕМЕННОГО АНАЛИЗА БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ НЕРВНО-МЫШЕЧНОГО АППАРАТА ЧЕЛОВЕКА

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, Минск

Актуальность. Суммарная электромиография является признанным методом исследования нервно-мышечной системы, основанным на регистрации и качественно-количественном анализе суммарной биоэлектрической активности совокупности двигательных единиц с помощью накожных электродов. Внедрение информационных технологий в медицину послужило основанием для появления новых методов обработки и анализа электромиограммы (ЭМГ), и как результат – расширения возможностей электромиографии в клинической электрофизиологии. Перспективным методом анализа нестационарного по своей природе ЭМГ-сигнала является частотновременное преобразование: предварительные исследования авторов показали целесообразность применения вышеуказанного метода в качественной и количественной оценке функционального состояния нервно-мышечного аппарата человека, а также оценке эффективности лечения и реабилитации пациентов [1, 2].

Целью данной работы явилась разработка аппаратных средств регистрации суммарных ЭМГ-сигналов и программных средств их автоматической обработки методом частотно-временного анализа.

Основная часть. Структура и общий вид аппаратно-программного комплекса для регистрации и анализа суммарных электромиограмм нервномышечного аппарата человека представлены на рисунках 1, 2.

Рисунок 1 – Структурная схема аппаратно-программного комплекса для регистрации и анализа суммарных электромиограмм нервно-мышечного аппарата

человека

682

Рисунок 2 – Общий вид аппаратно-программного комплекса для регистрации и анализа суммарных электромиограмм нервно-мышечного аппарата человека

Аппаратно-программный комплекс включает в себя два идентичных канала для регистрации суммарных электромиограмм нервно-мышечного аппарата человека, блок питания, обеспечивающий уровни напряжения ±5В, персональный компьютер (ПК) с требуемым программным обеспечением (ПО).

Регистрация биоэлектрической активности совокупности двигательных единиц двух исследуемых мышц осуществляется посредством двух пар поверхностных электродов. Для уменьшения действия сетевой помехи 50 Гц дополнительно введен индифферентный электрод, а в каждом канале предусмотрена схема компенсации синфазной помехи. Каждая пара электродов соединена с соответствующим инструментальным усилителем. Сигнал с инструментального усилителя поступает на фильтр высоких частот (ФВЧ), используемый для вычитания постоянной составляющей в спектре полезного сигнала. Основное усиление электромиографического сигнала осуществляется с помощью операционного усилителя. Ограничитель служит для согласования уровня сигнала с допустимым уровнем входных напряжений аналогоцифрового преобразователя (АЦП). В результате усиления и фильтрации уровень входного сигнала увеличивается с десятков микровольт до ±1 В с минимальным количеством помех и искажений. В качестве АЦП использован внешний модуль «SB Live! 24-bit» (разрядность 24 бита, частота дискретизации 48 кГц), подключенный к ПК по интерфейсу USB. Данные с АЦП поступают в ПК.

Разработанное программное обеспечение позволяет выполнять качественную обработку электромиограммы методом частотно-временного представления сигналов в среде SpectraPRO (рисунок 3) и количественную обработку ЭМГ-сигналов в среде MatLab (рисунок 4).

Качественный анализ структуры нестационарного по своей природе ЭМГ-сигнала (включая временную локализацию его спектральных компонент) и динамики его параметров в процессе мышечного сокращения выполняется на основе спектрограммы, реализующей графическую визуализацию амплитудной, частотной и временной составляющих биомедицинского сигнала в реальном режиме времени. На спектрограмме по оси абсцисс указывается

683

время в секундах, по оси ординат – логарифмическая шкала частоты (Гц), цвет соответствует уровню сигнала на данной частоте (по мере увеличения сигнала цвет изменяется от темно-синего (-85 dB) до красного (-60 dB); в черно-белом варианте статьи – от светло-серого до черного соответственно) (рисунок 3).

Рисунок 3 – Суммарная электромиограмма (слева) и соответствующая ей спектрограмма (справа) мышцы m. tibialis anterior правой нижней конечности,

построенные с помощью программного обеспечения SpectraPRO

Рисунок 4 – Иллюстрация результата обработки суммарных электромиограмм мышц m. tibialis anterior левой и правой нижних конечностей, выполненная

программным обеспечением «EMG Analyser» в среде MatLab

Программное обеспечение «EMG Analyser», предназначенное для количественной оценки ЭМГ-сигналов, выполняет следующие функции (рисунок 4):

Выбор файла, содержащего двухканальные суммарные электромиограммы нервно-мышечного аппарата человека.

Вывод на экран графиков суммарных электромиограмм (временное представление электромиограммы).

Выделение участков суммарных электромиограмм для последующей обработки.

Построение спектров суммарных электромиограмм (частотное представление электромиограммы).

Построение графика амплитудной огибающей для каждой суммарной электромиограммы.

684

Построение графика зависимости нижней граничной частоты, медианной частоты и верхней граничной частоты от времени для каждой электромиограммы (визуализация локализации спектральных компонент во времени).

Расчет средней амплитуды; средних значений нижней граничной частоты, медианной частоты и верхней граничной частоты; эффективной ширины спектра; амплитудно-частотного коэффициента для каждой суммарной электромиограммы и вывод результатов расчетов на экран.

Выводы. Разработанный электромиограф с функцией частотновременной обработки суммарных ЭМГ-сигналов целесообразно использовать для оценки функционального состояния нервно-мышечного аппарата; при выборе средств и методов физической реабилитации, адекватных индивидуальному функциональному состоянию нервно-мышечного аппарата; для прогнозирования сроков восстановления нарушенных двигательных функций; а также для контроля за динамикой нарушенных функций.

Литературные источники

1.Меженная, М.М. Частотно-временной анализ интерференционных электромиограмм в оценке эффективности лечения и реабилитации пациентов / М.М. Меженная, А.Н. Осипов, И.А. Ильясевич, Н.С. Давыдова, М.В. Давыдов, В.А. Кульчицкий // Инженерный вестник. Мн., №2 (30), 2010. Стр.92-96.

2.Меженная, М.М. Современные методы анализа суммарной электромиограммы нервно-мышечного аппарата человека в норме и при патологии / М.М. Меженная // Новости медико-биологических наук. Мн., Т.4, №3, 2011. Стр.49-58.

M.M. Mezhennaya, A.N. Osipov, N.S. Davydova, M.V. Davydov

ELEKTROMYOGRAF WITH FUNCTION OF AUTOMATIC TIME-FREQUENCY ANALYSIS OF HUMAN NEUROMUSCULAR SYSTEM BIOELECTRIC ACTIVITY

Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics, Minsk

Summary

Elektromyograf with the function of automatic time-frequency analysis of human nervomuscular system bioelectric activity has been developed. It is reasonable to use the given hardwareprogramme complex for estimation of human neuromuscular system functional condition; at choice of physical rehabilitation methods; for forecasting of the broken motor function reconstruction periods; for broken motor function dynamic control.

685

УДК 621.785

О.И. Назарова, М.Ш. Ахмед

ИОННОЕ МОДИФИЦИРОВАНИЕ В ТЛЕЮЩЕМ РАЗРЯДЕ ВСТАВОК МАТРИЦ ШТАМПОВ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ИЗ СТАЛИ 9ХС

Физико-технический институт НАН Беларуси, Минск

Ионное модифицирование в тлеющем разряде в настоящее время является в промышленно развитых странах мира одним из основных методов поверхностного упрочнения, который заменил традиционные варианты химико-термической обработки ввиду своих неоспоримых преимуществ. Большая часть изделий ведущих зарубежных фирм, изготавливаемых из инструментальных сталей (свѐрла, метчики, штампы, пресс-формы, литьевая оснастка, матрицы, пуансоны, развертки, фрезы, прошивки, протяжки, долбяки, резцы), обрабатывается методом ионно-плазменного азотирования (ИПА). ИПА нашло широкое применение для увеличения долговечности штампового инструмента из сталей 5ХНМ, 4Х5МФС, ЗХ2В8, Х12М, Х12Ф1 и др. В результате ИПА для ковочных штампов для горячей штамповки и пресс-форм для литья металлов и сплавов повышается износостойкость, уменьшается прилипание металла к поверхности инструмента. Поскольку фактором, определяющим срок службы этих штампов, в большинстве случаев является износ, модифицированный слой, состоящий из γ'-слоя толщиной 4-6 мкм и диффузионного слоя глубиной 0,1-0,3 мм, дает хорошие результаты.

ВОАО «ИНТЕГРАЛ» в сборочном производстве интегральных микросхем используется более 25 видов вставок в штамповый инструмент, применяемых для вырубки различных корпусных деталей. Используемым материалом является сталь 9ХС, которая в закаленном состоянии имеет высокую твердость – до 58 HRC, однако при этом отличается хрупкостью.

Вусловиях эксплуатации вставки штампового инструмента выдерживают от 2 до 25 тысяч операций вырубки и практически не поддаются реставрированию из-за механических повреждений и быстрого износа при попадании пресс-компаундного материала на ножки микросхем.

Применение технологии ионного модифицирования в тлеющем разряде вставок штампов позволяет повысить их износостойкость на 20-30 % за счет увеличения твердости поверхности, обеспечения контролируемой твердости сердцевины изделия, а также повысить сопротивление ударной нагрузке.

Целью работы являлось проведение исследований по выбору режимов ионного модифицирования в тлеющем разряде экспериментальных образцов из стали 9ХС, изучение структуры и механических свойств азотированного слоя.

Исследования по выбору режимов ионного азотирования стали 9ХС проводили на установке АР-63, имеющей рабочую камеру колпакового типа с габаритными размерами: диаметр – 1200 мм, высота 1500 мм. В качестве рабочей среды при азотировании применяли газовые смеси, состоящие из азота, аргона и водорода.

686

С целью качественной подготовки поверхности образцов к азотированию, использовали отмывку в водном растворе экологически безопасного средства «Прималюкс» ТУ РБ 37430824.002-97 с последующим ополаскиванием в питьевой воде СТБ 1188-99 и сушкой горячим воздухом в специальной сушильной камере.

Сталь 9ХС относится к высокоуглеродистым легированным инструментальным, содержание углерода в ней составляет до 0,9%. Для изготовления вставок штампов по традиционной технологии их подвергают закалке и низкому отпуску до твердости 56-60 HRC. Чтобы в процессе ионного азотирования не произошло дальнейшего отпуска стали и снижения твердости сердцевины, температура ИПА должна быть невысокой: 320-500 °С. Кроме того, чем ниже температура процесса, тем меньше деформация детали при азотировании. Это имеет важное значение, т.к. на ИПА попадают детали окончательно изготовленные, после шлифования. С другой стороны, чем выше температура азотирования, тем больше при прочих равных условиях толщина диффузионного слоя и достигается более равномерное падение твердости по толщине слоя.

Из стали 9ХС были изготовлены экспериментальные образцы, которые подвергали закалке от температуры 830-850 °С в масло и отпуску при 180230°С до твердости 56-60 HRC.

Для изучения структуры образцы подвергали шлифовке, полировке и травлению. В качестве травителя использовали 4%-ный раствор HNO3 в этиловом спирте. Исследования микроструктуры проводили на оптическом микроскопе Микро 200-01.

Измерение твердости поверхностных слоев образцов после предварительной термообработки выполняли методом Роквелла в соответствии с ГОСТ 9013-59 по шкале С. Измерение микротвердости осуществляли на поперечных шлифах образцов с помощью прибора ПМТ-3 по ГОСТ 9450-76. Нагрузка на индентор составляла 100 г.

Процесс ионного азотирования стали 9ХС проводили по нескольким режимам: при температуре 320 °С в течение 72 часов; при температуре 410 °С в течение 6,5 часов; при температуре 425 °С в течение 10 часов.

Структура стали 9ХС после закалки и низкого отпуска представляет собой мартенсит отпуска с небольшим количеством остаточного аустенита (до 5-8 %) и карбидами типа (Fe, Cr, Mn)3C размером 1-3 мкм. Микротвердость стали составляет 5,5-6,4 ГПа. Также возможно образование в небольших количествах карбидов легирующих элементов титана и молибдена.

В ходе работы установлено, что оптимальными параметрами ионного азотирования вставок штампов являются: температура 425°С, время выдержки

– 10 часов, давление 200 Па, газовая среда – 64% азота, 24% водорода, 12% аргона.

Исследования микроструктуры образцов из стали 9ХС показали, что после ИПА формировался диффузионный слой толщиной 70-100 мкм (рисунок 1), представляющий собой твердый раствор азота в α-железе с включениями

687

нитридов и карбидов легирующих элементов. Микротвердость на поверхности образца после азотирования возросла до 8 ГПа (рисунок 2).

O.I. Nasarova, M.Sh. Akhmed

ION MODIFICATION OF 9XC STEEL DIE INSERTS IN GLOW DISCHARGE

Physical-Technical Institute of NAS of Belarus, Minsk

Summary

The investigations have been performed concerning the selection of conditions for ionplasma nitriding (IPN) of the 9XC steel die inserts. It is established that the optimum IPN process parameters are as follows: the temperature is 425ºC, the holding time 10 hours and the pressure 200 Pa. The gas medium should contain 64 % of nitrogen, 24 % of hydrogen and 12 % of argon.

688

The microstructure investigations of samples subjected to preliminary quenching and low tempering have shown that after their IPN processing the diffusion layer 70 to 100 m thick is formed. The latter is a solid solution of nitrogen in α-iron with inclusions of nitride and carbide alloying elements. After the sample nitriding its surface microhardness reached up to 8 GPa.

689

УДК 678.01:539.6

А.Ф. Петрушеня, Е.З. Хрол

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МОДИФИКАЦИИ ОЛИГОЭФИРОКАРБОНОВОЙ КИСЛОТОЙ НА АДГЕЗИОННЫЕ

СВОЙСТВА ПОЛИЭТИЛЕНОВОЙ КОМПОЗИЦИИ

Белорусский государственный технологический университет, Минск

В современных условиях расширение диапазона использования полиолефинов, в частности полиэтилена, представляет собой важную задачу, позволяющую решать ряд экономических, технических, экологических и социальных проблем. Одним из путей интенсификации использования полиолефинов является их целевая модификация, позволяющая придать им требуемые свойства.

Целью нашей работы явилось повышение адгезионной способности пленочных марок полиэтилена высокого давления (ПЭВД) к полярным материалам органической природы. Выбор добавки производился на том основании, что модификация полиолефинов осуществлялась с целью получения композиционных материалов полиэтилен-древесина. Используемые компоненты являются основой для изготовления слоистого материала на основе древесного шпона и пленки полиэтилена. В качестве адгезионной добавки в полиэтиленовой композиции использовалась олигоэфирокарбоновая кислота (ОЭКК), которая, по нашему мнению, способна увеличить адгезионную способность к древесине, так как содержит концевые функциональные группы, способные взаимодействовать с компонентами древесины.

Для обеспечения взаимодействия ПЭВД с модифицирующими добавками было необходимо провести активацию ПЭВД, одним из методов такой активации является внедрение в молекулу ПЭВД химически связанных с ним функциональных групп. Это достигается взаимодействием активных соединений с макрорадикалами ПЭВД. Для реализации этого процесса был взят пироксид дикумила (ПДК), поскольку интенсивность его разложения соответствует температурному диапазону переработки полимера. Нами были изготовлены образцы пленок ПЭВД содержащих ПДК и модифицирующую добавку.

Для изготовления слоистого композиционного материала изготавливались модифицированные полимерные пленки рукавным методом экструзии. Получение модифицированной полиэтиленовой пленки требует технологии введения добавки, обеспечивающей ее равномерное распределение в полимере. Для обеспечения равномерного распределения добавки она вводилась в полиэтилен в виде предварительно изготовленного суперконцентрата. Введение добавки осуществлялось смешением компонентов на экструдере с последующей грануляцией композита. Добавки вводились в

количестве от 0,5% до 5%. Количество добавок выбиралось на основании соображений совместимости с полиэтиленом и их равномерного распределения

690