Технические средства контроля и диагностирования технологических агрегатов при очистке промышленных сточных вод на основе оптоэлектронных и полых световодов

Technical means of control and diagnosis of process units for purification of industrial waste water based on optoelectronic and hollow light guides
Хаитова А.Р.
Цитировать:
Хаитова А.Р. Технические средства контроля и диагностирования технологических агрегатов при очистке промышленных сточных вод на основе оптоэлектронных и полых световодов // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2021. 5(86). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/11788 (дата обращения: 14.04.2024).
Прочитать статью:

 

АННОТАЦИЯ

Оптико – электронные устройства на основе полых световодов весьма эффективны при контроле линейных и угловых перемещений, уровня жидкостей и других величин. Однако до сих пор вопросам выбора оптимальной структуры этих устройств и расчёту конструкций с оптимальными параметрами не уделялось достаточного внимания.

АBSTRACT

Optoelectronic devices based on hollow fibers are very effective in controlling linear and angular displacements, the level of liquids and other quantities. However, until now, the issues of choosing the optimal structure of these devices and calculating structures with optimal parameters have not been given sufficient attention.

 

Ключевые слова: Оптика, электронные устройства, световодов, оптимальные параметры.

Keywords: Optics, electronic devices, optical fibers, optimal parameters.

 

Сточные воды, образованные в процессе промышленной и хозяйственной деятельности человека, имеют вредные для природы примеси и должны быть очищены перед сбросом их в естественный водоем. Для этого строятся очистные сооружения, включающие в себя целый комплекс мероприятий по очистке отработанных вод

В данной работе предпринята попытка разработки методики проектирования рассматриваемых устройств на основе их графовых моделей. Известны работы [2, 3], в которых положения теории сигнальных графов успешно применялись к анализу и расчёту различных оптико – электронных устройств. Предлагаемая графовая модель отражает структурные свойства устройства, т. е. при таком представлении элементы реальной конструкции устройства и характеризующие их параметры отождествляются с ветвями и узлами графа

В общем случае для рассматриваемых устройств входной величиной Хвх являются перемещение, концентрация, мутность, а выходной Хвых – электрические величины: напряжения

 

Uэ вых, ток Iэ вых.

Рисунок 1. Физические модели оптико – электронных преобразователей перемещения (а), уровня (б) и концентрации (в), графовая модель (г)

 

На рис. 1, а –в приведены физические модели оптико – электронных преобразователей перемещения (а), уровня (б) и концентрации (в), а на рис. 1, г их графовая модель.

Рассматриваемые оптико – электронные устройства состоят из источника излучения (ИИ) – 1, основного неподвижного полого световода (ПС) – 2 приёмника излучения (ПИ) – 3 в виде фоторезистора. Принцип действия этих устройств основан на изменении распределения светового потока вдоль оси ПС под воздействием Хвх. В устройстве, изображенном на рис. 1, а, при перемещении подвижного ПС (4) с коэффициентом отражения внутренней поверхности ρ2 вдоль 2 с коэффициентом отражения ρ11< ρ2), происходит изменение распределения светового потока и освещенности 3 [4]. В конструкции на рис. 1, б перемещение уровня жидкости 5 также вызывает изменение распределения светового потока вдоль световода и изменение освещенности 3. На рис. 1, в изменение концентрации жидкости (газа) Хвх приводит к изменению распределения светового потока вдоль 2 и, следовательно, освещенности 3.

В оптико – электронных устройствах можно выделить цепи различной физической природы: электрические (цепи питания и измерения), оптические (цепь преобразования), механические (цепь входной величины), гидравлические (также входной величины) и др. в любой цепи можно выделить обобщенные величины воздействия (напряжения) Ui и реакции (скорости или тока) Ii, а также параметры сопртивления Ri, и проводимости Gi. Хотя вопросы аналогии величин и параметров достаточно полно рассмотрены в ряде работ [5,6], однако до настоящего времени недостаточно разработаны оптические аналоги напряжения и тока (потока).

Авторы на основе понятий геометрической оптики применительно к распределению светового потока вдоль полого световода использовали формальную аналогию [1], в которой в качестве электрического тока используется световой поток I0, а напряжения — освещенность U0. В общем случае в графовую модель оптоэлектронного устройства, отображающую принципы построения и преобрази оптико-электронных устройств (преобразователей), входит друга, исходящая из вершины Хвх и входящая в вершину Хвых. Этот граф (Хвх, Хвых) преобразуется в –искомый (рис. 1, г ) отображающий принципы построения и преобразования и позволяющий по строить функцию преобразования. На графовой модели (рис. 1, г ) цепь питания представлена подграфом Uэ1, Iэ1для которой весом дуги является произведение схемной (внутрицепной) функции Тэ1  и параметра Пэ1. Далее ток  Iэ1  в ИИ преобразуется в световой ток (поток)  I0 (подграф Iэ1, I0). Функцией связи между цепями электрической и оптической природы является межцепная функция К Iэ1 I0 , т.е. вес подграфа  Iэ1, I0. Цепь преобразования U0 в Хвых  отображена на графовой модели (рис. 1, г).

Входная величина Хвх согласно принципу действия воздействует на распределение I0  вдоль ПС, что отопражается через воздействие Хвх на Т0П0 и выражается через межцепную функцию. Кхвых, т0п0, т. е. Т0П0=Кхвх, т0п0Хвх, а U0=Кхвх, т0п0· I0 Хвх. На основании данной графовой модели можно записать функцию преобразования в общей форме

Хвых(Uвых)=Тэ2Пэ2 Uэ2Кu0тэ3пэ3Кхвхт0п0КIэ1I0Тэ1Пэ1Uэ1Хвх.                                       (1)

Графовая модель на рис. 1, г  и функция (1) дают общий, принцип построения и преобразования рассматриваемых уст­ройств. Возможно большое число вариантов как цепей воз­действия (Хвх, Т0П0 или Хвх, КIэ1I0 и Хвх, Кu0тэ3пэ3), так и це­пей ИИ (Iэ1, I0) и ПИ С измерительной схемой (U0, Хвых). На основе конкретных требований и условий эксплуатации  необходимо выбрать оптимальный вариант технической реа­лизации указанных цепей и всей структуры устройства. При этом будут раскрыты всё схемные и межцепные функции, входящие в (1). Для выявления возможного множества, ва­риантов структуры устройства наиболее целесообразно раз­работать морфологическую матрицу (см. таблицу), в кото­рой по горизонтали будут представлены варианты техничес­ких реализаций отдельных подграфов (цепей), а по верти­кали типы цепей в структуре устройства.

Таблица.

Морфологическая матрица

п/п

Подграфы

(цепи)

Варианты технических реализаций

1

2

п

1

2

3

4

т

Uэ1 Iэ1

Iэ1 U0

I0 U0

I1 U0

...

Р11

Р21

Р31

Р41

Рт1

Р12

Р22

Р32

Р42

Рт2

Р1п

Р2п

Р3п

Р4n

Ртп

 

Выбор той или иной технической реализации отдельных цепей и всей структуры устройства из ряда альтернативных вариантов может быть осуществлен на основе ранжировки вариантов технических реализаций по совокупности показа­телей основных характеристик: чувствительности (S), диа­пазона преобразований (Д), интенсивности отказов (τ), по­грешности (γ), постоянной времени (Т), стоимости (С).

Губительное действие неочищенных сточных вод на окружающий мир имеет комплексный характер. Часть примесей, обладающих большой летучестью (многие углеводороды и их производные), может легко испаряться, попадать в воздух.

Другие поступают со стоками в природные водоемы, вызывают отравление его обитателей. Остальные компоненты всасываются в почву, загрязняют грунт, затем подземные воды.

В конечном итоге токсины неизбежно попадают в организм человека, провоцируют заболевания. Единственная возможность избежать негативных последствий – очистка промышленных сточных вод.

точными называют воды, которые были в использовании или проходили по загрязненным поверхностям. Они имеют сугубо производственное, хозяйственное или атмосферное происхождение и подразделяются на следующие виды:

  • Производственные стоки – это воды, использованные в технологических процессах.
  • Хозяйственные загрязнения. Появляются от туалетов, прачечных, душевых, заведений общепита, обязательно имеющихся на предприятиях.

 

Список литературы:

  1. Алексеенко П. Ф., Сорокин В. М. Приложение метода сигнальных графов к расчету схем с оптоэлектронными элементами//Полупроводниковая техника и микроэлектроника. — Киев: Наук.  думка, 1975. — Вып. 19.— С. 87—91.
  2. Воднев В. В., Кораблев И. В. Графовая методика построения математических моделей оптико-акустических газоанализаторов.//Изв. вузов  СССР. Приборостроение. — 1988. — № 1. —С. 67—72.
  3. Азимов Р.К., Шипулин Ю.Г. Оптоэлектронные преобразователи больших перемещений на основе полых световодов. — М.: Энергоатомиздат,  1987.—56 с.
  4. А. с. № 540276 СССР. Фотоэлектрический датчик угловых и линейных  перемещений/Р. К. Азимов, Ю. Г. Шипулин//Б. И.— 1976. — № 47.
  5. Полищук Е. С. Измерительные преобразователи. – Киев: Вища школа, 1981.
  6. Зарипов М. Ф., Никонов А. И., Петрова И.Ю. Элементы теории информационных моделей преобразователей с распределенными параметрами.  —Уфа: БФ АН СССР, 1983.
Информация об авторах

стажер-исследователь Ташкентского государственного технического университета имени Каримова, Узбекистан ,город Ташкент

Research assistant at the Karimov Tashkent State Technical University, Uzbekistan, Tashkent

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top