Конструкції ферозондових давачів орієнтації для автоматизованих систем керування орієнтацією об’єктів, поліпшення їх технічних характеристик. Математичні моделі, враховуючі інструментальні похибки первинних перетворювачів від неточної установки підвісів.
Аннотация к работе
Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук Поліпшення технічних характеристик ферозондових давачів для систем керування орієнтацією обєктівРобота виконана на кафедрі прикладної механіки Придніпровської державної академії будівництва та архітектури (м. Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, професор кафедри прикладної механіки Захист відбудеться „23” червня 2005 р. о 13-30 год. в ауд.400-А на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.052.01 в Одеському національному політехнічному університеті за адресою: 65044, м. З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Одеського національного політехнічного університету за адресою: 65044, м.вивчити вплив на точність вимірювання ФДО інструментальних похибок, що враховують: неточну установку карданних підвісів з давачем орієнтації в площину нахилу і по вертикалі місця; відхилення вісей чутливості ферозондів від взаємної ортогональності; перекосів вісей чутливості ферозондів; розходження електричних параметрів кожного ферозонда; вплив температури навколишнього середовища; розробити математичні моделі ФДО, що враховують інструментальні похибки первинних перетворювачів від неточної установки карданних підвісів з ФДО в площину нахилу і по вертикалі місця; відхилення вісей чутливості ферозондів від взаємної ортогональності; розходження електричних параметрів кожного ферозонда; вплив температури навколишнього середовища; розробити метод визначення азимуту і зенітного кута за допомогою ФДО; ферозондовий давач керування орієнтація розробити метод визначення величин перекосів вісей чутливості ФДО, індивідуальних електричних параметрів кожного з ферозондів; уперше розроблено новий метод визначення величин перекосів вісей чутливості ФДО, індивідуальних електричних параметрів кожного з ферозондів по натурних експериментальних дослідженнях за допомогою просторового обертання давача по азимуту в діапазоні 0...2p та по зенітному куті - в інтервалі 0…p; У ході досліджень автором самостійно проведений патентний пошук і сформульована мета дослідження, у результаті якого ним розроблені математичні моделі давачів орієнтації різноманітних конструкцій [2-4, 8,10,13,14,18,20,22], запропонований спосіб виміру азимута і зенітного кута за допомогою магнітометричних давачів [14,18,20,22], отримані математичні вирази для оцінки інструментальних похибок давачів орієнтації [9,19], запропоновано проводити облік, а не компенсацію інструментальних похибок давачів орієнтації [9,16,17,19], запропоновано для повірки магнітометричних давачів орієнтації використовувати штучно створене магнітне поле, що обертається [11,12], запропоновано у складі АСУ складанням великогабаритних деталей, виставкою в задане положення елементів будівельних конструкцій, контролю стану споруд у процесі їх експлуатації використовувати ферозондові давачі орієнтації [1,2,5-9,15,20,21].Проведені дослідження дозволили розробити нові методи поліпшення технічних характеристик ФДО для АСУ орієнтацією обєктів за рахунок автоматизованого визначення індивідуальних похибок ферозондів та їх подальшого врахування при визначенні кутів Ейлера. Отримані наступні результати: Проведений аналіз виявив, що в області поліпшення технічних характеристик ФДО для АСУ орієнтацією обєктів найбільша увага приділяється конструктивним та технологічним методам підвищення точності давачів, але недостатньо дослідженими лишаються методи поліпшення технічних характеристик ФДО за рахунок визначення величин інструментальних похибок конкретних ФДО та подальшого використанням цієї інформації при визначенні шуканих кутів Ейлера. Встановлено: що похибка вимірювання азимуту від неточної установки карданних рамок змінна в азимуті та залежить від магнітного нахилення в точці заміру і для України ця похибка в 6...8 разів перевищує величину похибок установки рамок; що похибка вимірювання азимуту від не ортогональності вісей чутливості ферозондів також залежить від магнітного нахилення і для України в 3...5 разів перевищує ці відхилення від ортогональності; що похибка вимірювання азимуту внаслідок перекосів вісей чутливості ферозондів залежить від магнітного нахилення і для України більш ніж в 10 разів перевищує розмір цих перекосів; що для забезпечення точності вимірювання азимуту <2o необхідно забезпечити збіг нульових сигналів усіх трьох ферозондів, а також їж коефіцієнтів перетворювання так, щоб вони відрізнялись не більше ніж на 0,6% відповідно; що зміна температури навколишнього середовища на 40ОС може викликати похибку вимірювання азимуту більш ніж 4 кутових градуси.
Вывод
Проведені дослідження дозволили розробити нові методи поліпшення технічних характеристик ФДО для АСУ орієнтацією обєктів за рахунок автоматизованого визначення індивідуальних похибок ферозондів та їх подальшого врахування при визначенні кутів Ейлера. Отримані наступні результати: Проведений аналіз виявив, що в області поліпшення технічних характеристик ФДО для АСУ орієнтацією обєктів найбільша увага приділяється конструктивним та технологічним методам підвищення точності давачів, але недостатньо дослідженими лишаються методи поліпшення технічних характеристик ФДО за рахунок визначення величин інструментальних похибок конкретних ФДО та подальшого використанням цієї інформації при визначенні шуканих кутів Ейлера.
Встановлено: що похибка вимірювання азимуту від неточної установки карданних рамок змінна в азимуті та залежить від магнітного нахилення в точці заміру і для України ця похибка в 6...8 разів перевищує величину похибок установки рамок; що похибка вимірювання азимуту від не ортогональності вісей чутливості ферозондів також залежить від магнітного нахилення і для України в 3...5 разів перевищує ці відхилення від ортогональності; що похибка вимірювання азимуту внаслідок перекосів вісей чутливості ферозондів залежить від магнітного нахилення і для України більш ніж в 10 разів перевищує розмір цих перекосів; що для забезпечення точності вимірювання азимуту < 2o необхідно забезпечити збіг нульових сигналів усіх трьох ферозондів, а також їж коефіцієнтів перетворювання так, щоб вони відрізнялись не більше ніж на 0,6% відповідно; що зміна температури навколишнього середовища на 40ОС може викликати похибку вимірювання азимуту більш ніж 4 кутових градуси.
Розроблено нові математичні моделі ФДО, що враховують інструментальні похибки первинних перетворювачів від неточної установки карданних підвісів з ФДО в площину нахилу і по вертикалі місця; відхилення вісей чутливості ферозондів від взаємної ортогональності; розходження електричних параметрів кожного ферозонда; вплив температури навколишнього середовища. Виявлено, що у разі, коли є можливість визначення величин цих похибок для конкретного ФДО, можливо більш ніж в 10 разів підвищити точність вимірювання азимуту за рахунок використання отриманих нових формул, які випливають із математичних моделей ФДО і враховують величини інструментальних похибок ФДО.
Встановлено, що розроблений метод одночасного визначення азимуту і зенітного кута за допомогою ФДО, за рахунок використання штучного магнітного поля кілець Гельмгольца та карданних підвісів, дозволяє поширити використання ФДО в АСУ орієнтацією обєктів, при цьому зявляється можливість отримання повної інформації відносно направленості обєкту (азимут і зенітний кут).
Розроблений новий метод визначення величин перекосів вісей чутливості ФДО, індивідуальних електричних параметрів кожного з ферозондів за допомогою просторового обертання давача по азимуту в діапазоні 0...2p та по зенітному куті - в інтервалі 0…p дозволяє у подальшому використовувати ці данні для визначення кутів Ейлера з підвищеною у 5...10 разів точністю.
Виявлено, що завдяки використанню штучного магнітного поля кілець Гельмгольца, можливе створення АСУ повіркою ФДО, яка більш ніж в 50 разів підвищує швидкість виконання повірки, а також дає можливість відокремити механічні похибки ФДО від установки карданних рамок при проведенні повірки ФДО.
Встановлено, що підвищення технічних характеристик ФДО за рахунок розроблених методів дозволяє значно знизити технологічні вимоги щодо виготовлення ФДО. При цьому технічні характеристики ФДО залишаються достатніми для більшості задач будівництва. Це в свою чергу дозволяє створення різноманітних АСУ орієнтацією обєктів будівництва при статичному зондуванні несучої здатності ґрунтів, складанні ВГК, контролі стану підвалин і споруд в процесі експлуатації та таке інше.
Список литературы
Рыжков И.В. Влияние технологии сборки крупногабаритных конструкций на качество выполнения строительно-монтажных работ // Сб. научн. тр. “Строительство, материаловедение, машиностроение”. Серия ICMB-93.-Днепропетровск, ДИСИ, 1993,- С. 185-186.
Рыжков И.В. Система сбора и обработки измерительной информации на ПЭВМ // Сб. научн. тр. “Строительство, материаловедение, машиностроение”. Серия ICMB-94.-Днепропетровск, ПГАСИА, 1994.- С.115-116.
Кочемасов Ю.Н., Рыжков И.В. Многофункциональная измерительная система // Сб. научн. тр. “Строительство, материаловедение, машиностроение”. Серия ICMB-94.-Днепропетровск, ПГАСИА, 1994.- С.122-123.
Kotchemassov Y.N., Ryjkov I.V. Systemes complexe de controle des parametres des procedes technologiques // Сб. научн. тр. “Строительство, материаловедение, машиностроение”. Серия ICMB-94.- Днепропетровск, ПГАСИА, 1994.- С.145-146.
Рыжков И.В. Контроль деформации строительных сооружений в процессе их эксплуатации // Сб. научн. тр. “Строительство, материаловедение, машиностроение”. Выпуск 7. Серия “Стародубовские чтения-98”.- Днепропетровск. Центр економічної освіти, 1998.- С.165-166.
Рыжков И.В. Контроль ориентации элементов строительных конструкций в процессе их возведения и монтажа // “Теоретичні основи будівництва”. July 6-11, 1998.- Warsaw: GOWPW.- 1998.- C. 543-546.
Рыжков И.В., Ковшов Г.Н. Контроль ориентации элементов строительных сооружений в процессе их возведения, монтажа и эксплуатации// Сб. научн. тр. “Строительство, материаловедение, машиностроение”. Вып. 15 ч. 2.-Днепропетровск, ПГАСИА, 2002. - С. 5-10.
Рыжков И.В. Погрешности магнитометрических датчиков ориентации и методы их снижения // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури.- Дніпропетровськ: ПДАБТАА,-2004.-№6.-С.37-45.
Ковшов Г.Н., Рыжков И.В. Математические модели датчиков ориентации на основе магниточувствительных первичных преобразователей // Сб. научн. тр. “Строительство, материаловедение, машиностроение”. Вып. 27 ч. 2.-Днепропетровск, ПГАСИА, 2004.- С. 195-200.
Устройство для поверки феррозондовых преобразователей азимута инклинометра: А.с. 1593338 СССР, МКИ E21 B47/02. / Г.Н.Ковшов, Ю.Н.Кочемасов, И.В.Рыжков (СССР).- № 4612638/23-03; Заявлено 05.12.88; Опубл. 15.05.90, Бюл. №34, 1990.- 4с.: ил.
Устройство для эталонирования магниточувствительных измерительных приборов: А.с.1633929 СССР, МКИ G01 C17/20. / Г.Н.Ковшов, Ю.Н.Кочемасов, И.В.Рыжков (СССР).- № 4670377/10; 4670398; Заявлено 30.03.89; Бюл. №9, 1991.- 4 с.:ил.
Феррозондовый датчик азимута: А.с. 1730882 СССР, МКИ E21 B 47/02. / Г.Н.Ковшов, Ю.Н.Кочемасов, И.В.Рыжков (СССР).- № 4414218/03; Заявлено 25.04.88; Бюл. № 16, 1992.- 3 с.: ил.
Способ определения магнитного азимута и зенитного угла геофизической скважины: А.с. 1829506 СССР, МКИ Е 21 В 47/02. / Г.Н.Ковшов, Ю.Н.Кочемасов, И.В.Рыжков (СССР).- № 4633525/03; Заявлено 09.01.89; Бюл. № 11, 1993.- 4с.:ил.
Ковшов Г.Н., Рыжков И.В. Математическая модель сборки и выставки крупногабаритных конструкций // Сб. науч. трудов “Повышение эффективности и качества строительства в новых условиях хозяйствования”.- К.: УМК ВО, 1992. - С.81-86.
Рыжков И.В. Влияние погрешностей измерения пространственной ориентации строительных конструкций на точность их сборки // Тем. зб. наук. праць “Інтенсифікація робочих процесів будівельного виробництва”.-К.: ІСДО, 1993.-С.309-315.
Рижков І.В., Ковшов Г.М. Аналіз впливу похибки датчиків орієнтації на якість проведення будівельно-монтажних робіт // Зб. наук. праць “Інтенсифікація будівництва”.- К.: ІСДО, 1994.- С.224-227.
Бауск Е.А., Рыжков И.В. Оценка влияния изменения геотехнической среды на уровень надежности фундаментов и зданий с энергетическим оборудованием // тр. междунар. конф. “Геотехника. Оценка состояния оснований и сооружений”.- Санкт-Петербург: “Вердана”, 2001.- С. 266-272.
Ковшов Г.Н., Рыжков И.В. Алгоритмические методы устранения инструментальных погрешностей датчиков ориентации для строительства // Сборник трудов международной конференции “Proceedings of the Fifth International Scientific Forum on Aims for Future of Engineering Science” (AFES2004), May 2-8, 2004.- Paris (France), 2004.- C. 275-278.
Кочемасов Ю.Н., Рыжков И.В. Датчики систем контроля ориентации при сборке крупногабаритных конструкций // Тез. всероссийской науч.-техн. конф. с участ. зарубежных специалистов “Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления”(“Датчик-94”). Часть 1.- Гурзуф, 1994.- С.84-85.
Рыжков И.В. Информационно-измерительная система сбора и обработки данных о пространственном положении объекта при его строительстве и эксплуатации //Сборник докладов и тезисов I-го Молодежного научно-практического форума, Днепропетровск, 23-24 апреля 2003 г. / Под ред. акад. НАНУ В.В.Пилипенко, к.ф.-м.н. Н.Ф.Огданского, к.ф.-м.н. Ю.А.Прокопчука /.- Днепропетровск: ИПК ИНКОМЦЕНТРА УГХТУ, 2003.- С.171.
Рыжков И.В. Конструкции датчиков пространственной ориентации для систем автоматического контроля // Тезисы доклада IV International Scientific Conference “Aims for future of engineering science”. July 2-8, 2003, Igalo, Montenegro.- Igalo, Montenegro, 2003.- C.49.