Автореферат (1143137), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Улучшение характеристик ППУ приопределенных условиях приводит к улучшению параметров всей оптико-электронной системыгазоанализатора.В плане конструирования и расчета параметров фотометрических приборов, в том числеаэрозольных, представляют интерес работы Кувалдина Э.В. [20], Беляева С.П. [21], Толстой Н.В.[22]. Однако специфика ППУ газоанализаторов на основе метода МоЯК в них не рассматривается.Первые работы, рассматривающие ППУ газоанализаторов на основе метода МоЯК, былипроведены Коганом Я.И.
[23], Кателевским В.Я., Кянджецианом Р.А., [24]. Вместе с тем, какпоказывает анализ литературных источников, в оптико-электронных системах газоанализаторовна эффекте проявления МоЯК требуется разработка и совершенствование: 1) методики расчетачувствительности ППУ интегрирующего типа к детектируемым вредным веществам, 2) системыуправления временем интегрирования ППУ на основе микропроцессорной техники с цельюобеспечения динамического диапазона в семь порядков величины концентрации целевогокомпонента в пробе, 3) методики расчета рассеяния электромагнитных волн оптического7диапазона аэрозольными частицами и воздухом на основе теории рассеяния Ми.Другим важным применением ППУ с интегрированием фототока являются рентгеноабсорбционные сепараторы, применяемые для извлечения особо ценных минералов (например,алмазов) в кусках руды.
Используемые в настоящее время технологии извлечения природныхминералов из руды (рентгенолюминесцентная и гравитационная) имеют недостатки и уже неудовлетворяют современным требованиям по целостности извлекаемых особо ценных минералов(алмазов), повышению производительности оборудования и обеспечению экологическойбезопасности. Преодолеть указанные недостатки позволяет применение рентгено-абсорбционнойтехнологии, ППУ для которой рассматриваются в диссертации. Метод рентгено-абсорбционнойтехнологии основан на регистрации прохождения электромагнитных волн рентгеновскогодиапазона через среду, в которой кусковая руда помещена в иммерсионную среду, имеющуюкоэффициент поглощения, близкий коэффициенту поглощения руды. Увеличение интенсивностиизлучения в местах расположения минералов (алмазов) регистрируется в ППУ рентгеновскимдетектором, преобразуется в фототок и обрабатывается в блоке управления, регистрации иобработки информации (УРОИ). Применение иммерсионной среды в рентгено-абсорбционнойтехнологии позволяет выровнять по поперечному сечению конвейера уровень прошедшего черезруду электромагнитного излучения рентгеновского диапазона, что существенно повышаеттехнические характеристики рентгено-абсорбционной технологии.
Высокие потенциальныевозможности рентгено-абсорбционной технологии должны быть реализованы в ППУ рентгеноабсорбционногосепаратора,представляющегопроизводственноеоборудованиеданнойтехнологии. Принцип рентгено-абсорбционной технологии задает технические требования к ППУоптико-электронной системы рентгено-абсорбционного сепаратора, сводящиеся к необходимости:1) обеспечения минимального времени интегрирования фототока в ППУ, что позволяет достигатьмаксимально высокую скорость движения конвейера с рудой, 2) обеспечения высокойчувствительности ППУ рентгено-абсорбционного сепаратора, что позволяет анализироватьмаксимальную толщину руды на конвейере, 3) осознанного выбора линейного коэффициентаослабления электромагнитного излучения рентгеновского диапазона иммерсионной среды исцинтилляторов, 4) разработки блока УРОИ рентгено-абсорбционного сепаратора, реализующегоалгоритм функционирования сепаратора.
Для выполнения данных требований к ППУ необходимыновые методы расчета проникающего электромагнитного излучения рентгеновского диапазоначерез среды. Один из возможных методов предложен в диссертации.Впервые ППУ рентгено-абсорбционных сепараторов предложены Новиковым В.В. Однако вэкспериментальных установках автора использовалась жидкая иммерсионная среда, содержащаямногочисленные пузыри воздуха, которые ошибочно воспринимались как минералы. Методырасчета ослабления электромагнитных волн рентгеновского диапазона в средах исследовались8Маренковым О.С.
[25], однако предложенные аппроксимации массовых коэффициентовослабления значительно расходятся с экспериментальными данными.Вместе с тем, как показывает анализ литературных источников, при конструировании ППУоптико-электронных систем рентгено-абсорбционных сепараторов требуется обеспечиватьоптимальное соотношение между чувствительностью (а значит, и толщиной руды) ибыстродействием ППУ (а значит, и скоростью движения конвейера) с целью достижениямаксимальной производительности сепаратора.
Для этого требуются разработка: 1) методикирасчета чувствительности фотоприемного устройства ППУ, обеспечивающей максимальнуютолщину слоя руды в рентгено-абсорбционном сепараторе, 2) системы управления ППУ на основепрограммируемых логических интегральных схем (ПЛИС) с целью достижения максимальнойскорости анализа руды на предмет наличия в ней полезных минералов, 3) методикиаппроксимации массовых коэффициентов ослабления электромагнитных волн рентгеновскогодиапазона веществами и элементами.Акустоэлектронныеустройстванаповерхностныхакустическихволнахширокоиспользуются в радиотехнических устройствах, в том числе в ППУ оптико-электронных систем.Фильтры на ПАВ обладают высокой селективностью и поэтому могут использоваться в ППУмногоканальных оптико-электронных систем, например, в волоконно-оптических системахпередачи видеосигналов студийного качества в телевидении. Впервые шумовые свойстваакустоэлектронных приборов на поверхностных акустических волнах исследовались в СПбПУ(Усов В.С.
[A16]) в 1988 году. Работы по этому направлению другим исследователем (Paul T.M.Zeijl [26]) были опубликованы только в 1992 году. Как показывает анализ литературных данных,в оптико-электронных системах, использующих акустоэлектронные устройства, требуетсяразработка и совершенствование методики расчета коэффициента шума и оптимизациипараметров с целью минимизации коэффициента шума ППУ с использованием приборов наповерхностных акустических волнах с учетом шумов пьезоплаты и противошумовых коррекций.Несмотря на различие в областях применения, все рассматриваемые в настоящейдиссертации ППУ объединены общей радиотехнической методологией, состоящей вприменении эквивалентных шумовых схем усилительных и фильтрующихустройств,использованием методов оптимизации параметров ППУ для достижения заданного отношениясигнал/шум.
Наличие неисследованных вопросов в теории, несовершенство практических методикрасчетаинедостаточнаяпроработанностьосновпроектированияППУзатрудняетконструирование оптико-электронных систем, что приводит к замедлению темпов внедренияоптико-электронных систем в народное хозяйство.Таким образом, как показывает анализ литературных данных, несмотря на то, что существуетнаучно-технический задел по основам физических принципов ППУ, требуют разработки и9совершенствования вопросы проектирования, конструирования и внедрения ППУ оптикоэлектронных систем: фотоприёмных устройств ВОСПИ и регистрации оптического излучения,сверхчувствительных газоанализаторов на основе эффекта проявления МоЯК, рентгеноабсорбционных сепараторов, селективных трактов с использованием акустоэлектронныхприборов на поверхностных акустических волнах (ПАВ), волоконно-оптических модемовпередачи видеосигнала в телевидении.
Основные трудности разработки методик расчета ипроектирования ППУ связаны с необходимостью удовлетворения предельно высокому уровнютребований, выдвигаемых новыми технологиями к ППУ оптико-электронных систем.Из отмеченных проблем вытекают цель и основные задачи диссертационной работы,посвященной разработке научных и технических основ проектирования, конструирования ивнедрения ППУ оптико-электронных систем.Цель и задачи исследования:Цель исследования: Комплексный подход к построению и реализации узлов управления,регистрации и обработки информации в оптико-электронных системах широкого назначения наоснове общей идеологии проектирования радиотехнических приемно-преобразующих устройствэтих систем.Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:1.Разработка методик расчета чувствительности к световому потоку фотоприемных устройствоптико-электронных систем методом эквивалентных шумовых схем.2.Совершенствование методикрасчета чувствительности фотоприемныхустройствснакоплением сигнала (интеграторов фототока).3.Разработка методики расчета рассеяния электромагнитных волн оптического диапазонааэрозольными частицами и воздухом в ППУ оптико-электронной системы газоанализатора наметоде МоЯК.4.Разработка и совершенствование устройств управления, регистрации и обработкиинформации приемно-преобразующих устройств с накоплением сигнала (интеграторовфототока).5.Разработка методики расчета коэффициента шума и оптимизации параметров с цельюминимизации коэффициента шума приемно-преобразующих устройств с использованиемприборов на поверхностных акустических волнах с учетом шумов пьезоплаты ипротивошумовых коррекций.6.Разработка методики расчета прохождения электромагнитных волн рентгеновского диапазоначерез среды на основе аппроксимации массовых коэффициентов ослабления от энергиирентгеновского фотона.7.Разработка схемотехнических решений и рекомендаций по построению ППУ:1) ВОСПИ, 2)10волоконно-оптических телевизионных модемов, 3) газоанализаторов на методе проявленияМоЯК, 4) рентгено-абсорбционных сепараторов, 5) систем синхронизации источниковударных волн в сейсморазведке, 6) акустооптических модуляторов.8.Внедрение разработанных устройств в промышленно эксплуатируемые системы.Научная новизна:1.
Впервые разработан метод расчета чувствительности фотоприемных устройств ППУ,основанный на использовании выражений для коэффициента шума усилителя ФПУ.2. На основе выявленной связи чувствительности фотоприемного устройства ППУ спараметрами фотодетектора и усилителя фототока впервые разработан метод оптимизациифотоприемных устройств ППУ с целью достижения высокой чувствительности и быстродействияФПУ путем обоснованного выбора формы его амплитудно-частотной характеристики, параметровфотодетектора и усилителя фототока.3. Впервыеопределенытребованиякпараметрамфотоприемногоустройстваинтегрирующего типа ППУ, обеспечивающим в расчетах чувствительности фотоприемногоустройства ППУ интегрирующего типа на основе свертки автокорреляционной функции иимпульсной реакции цепи возможность использования приближения идеального интегратора.4.
ВпервыевыявленинтенсивностирассеянияинтерференционныйэлектромагнитныхнемонотонныйволнхарактераэрозольнымизависимостичастицамивППУгазоанализатора, основанного на эффекте проявления МоЯК, от длины волны и угла рассеянияоптического излучения. Экстремумы интенсивности рассеянного излучения определяютсяинтерференцией волн, продифрагировавших на сферической поверхности аэрозольной частицы, вцентре которой расположена молекула определяемой примеси.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
