Введение к работе
з
Актуальность темы. В ряде технологических процессов машиностроения (пневмоабразивная обработка, электрохимическая обработка, штамповка взрывом и др.), где для автоматизации технологических процессов требуется определение мгновенного значения параметров газодинамического потока, особо важным является получение достоверных оценок в режиме реального времени.
Применение бесконтактных оптических методов измерения, основанных на лазерной технике, является одним из самых перспективных направлений. Рост требований к достоверности и точности измерений и несоответствие средств контроля современным требованиям требуют ускорение внедрения лазерных измерительных систем, особенно в области автоматизации технологических процессов в машиностроении. Одним из самых перспективных методов определения параметров потока является прецизионный оптический метод лазерной доплеровской анемометрии (ЛДА). Основными преимуществами этого метода над традиционными методами измерения скорости потока являются то, что при этом методе не вносятся возмущения в поток, что оптический сигнал можно преобразовать в электрический и использовать для автоматизированного контроля параметров потока при различных технологических процессах. Метод позволяет исследовать параметры в труднодоступных областях потока - граничных слоях, в факелах пламени и т.д., т.е. где невозможны измерения никакими другими способами.
Цель диссертационной работы заключалась в повышении эффективности и достоверности измерений параметров газодинамических потоков в технологических установках на основе применения автоматизированньж лазерньж измерительных систем, использующих эффект Доплера. Задачи исследования:
РОС НАЦИОНАЛЬНАЯj
ЯІИЙ»ТІЩпоне
її*ЖІ0%
провести анализ существующих спосоосю німаряіия пярамкгрдв га
зодинамических потоков, лазерных измерительных ІЦОЩЦіІЖАпппг1Ітпп
ЛДА и существующих методов формирования оценки доплеровского сдвига частоты;
провести оптимизацию оптической схемы ЛДА с целью обеспечения работы в труднодоступных областях потока в условиях сильной засветки:
провести поиск методов и алгоритмов обработки сигнала ЛДА на базе метода дискретного измерения частоты и цифровой обработки сигнала в дискретном времени;
выявить источников погрешностей и оценить точность измерительной системы;
-экспериментально оценить параметры потока в цилиндре технологической установки;
-внедрить результаты исследования в систему контроля параметров технологической установки и создать автоматизированную систему измерения параметров газодинамических потоков.
Объект исследования. Лазерные системы измерения параметров газодинамических потоков в технологических установках.
Методы исследования. В работе использованы методы статистической радиофизики, оптимальной линейной фильтрации, теории вероятностей и математической статистики.
Достоверность и обоснованность. Достоверность принятых в диссертационной работе решений подтверждается согласованностью теоретически предсказанной точности результатов измерений с точностью, полученной в ходе метрологических испытаний.
Научная новизна диссертационного исследования состоит:
- в способе измерения параметров газодинамических потоков путем
применения автоматизированных прецизионных лазерных систем, позво
ляющего повысить эффективность и экономичность работы технологиче
ских \ етеневек;
в способах обработки стохастического сигнала ЛДА в режиме реального масштаба времени;
в способе проведения измерения в условиях сильной фоновой засветки в оптически труднодоступных областях потока и методике оценки погрешностей.
Практическая ценность заключается:
в разработке структуры автоматизированной системы обработки сигнала ЛДА, работающей в одночастичном режиме;
в разработке алгоритмов и программного обеспечения управления процессом сбора информации, формирования оценки и статистической обработки результатов в режиме реального времени;
в создании автоматизированной системы измерения параметров газодинамических потоков в технологических установках.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на:
- заседаниях кафедры физики Камского государственного
политехнического института в 1990-2004 гг.;
научно - технических конференциях Камского политехнического института в 1990-2002 гг.;
международных научно - технических конференциях «Механика машиностроения-1, II» г. Набережные Челны в 1995,1997 гг.
Реализация результатов работы. Разработанный стенд внедрен в научно - технический центр ОАО «КамАЗ».
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 9 научных работ, в том числе 2 статьи в соавторстве.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов по работе, списка использованной литературы. Диссертация изложена на 135 страницах машинописного текста, содержит 58 рисунков. 3 таблицы и список использованной литературы из 103 наименований.
