CC BY
40
Цель данной работы - разработать способ определения средних скоростей распространения ударных и детонационных волн без внесения существенных искажений в состояние среды. Для этой цели применялся электронно-счётный частотомер ЧЗ-34, который запускается и останавливается простым перепадом напряжений, т.е. половиной импульса прямоугольной формы. При измерении средней скорости детонации импульсы формировались путём замыкания искровых промежутков регистрирующих датчиков, разнесённых по длине заряда на определённое расстояние. Заряд находился в стальной гильзе, что давало возможность разместить датчики, не погружая их в сам заряд (рис.1). Такое размещение позволило свести к минимуму возмущающее действие датчиков. В исходном положении взрывчатое вещество, являясь диэлектриком, имеет малую проводимость, вследствие чего искровые промежутки, на которые подаётся определённое напряжение, остаются разомкнутыми. Плазма, сопровождающая фронт детонации, или ударная волна, замыкает искровые промежутки и создаёт управляющий сигнал.
Частотомер работал в режиме измерения интервалов времени. В качестве датчиков с искровыми промежутками использовались ионизационные датчики, представляющие собой попарно скреплённые узкие тонкие медные пластинки, разделённые тонким слоем диэлектрика (кальки). Стартовым импульсом частотомер запускается, финишным - останавливается, высвечивая на индикаторе число импульсов, из которого затем легко находится время.
Простейшая схема запуска частотомера представляет собой три параллельно соединён-
ных сопротивления, включённых в цепь стабилизированного источника питания (Е) типа БП-591 с постоянным напряжением 20 В (рис.2). Сопротивление ^ - токоограничивающее, оно включено в цепь постоянно. Цепи сопротивлений Р2 и Р3 в обычном состоянии разомкнуты. В эти цепи включены ионизационные датчики й1 и й2. В исходном состоянии искровой промежуток датчика й1 разомкнут и на один из выводов частотомера подаётся постоянное напряжение, численно равное падению напряжения на сопротивлении В момент прохождения детонационного фронта ионизированная плазма замыкает искровой промежуток датчика й1 и в цепь оказывается включённым сопротивление Р2. Полное сопротивление цепи изменится, изменится ток, следовательно, изменится падение напряжения на этом участке цепи, и этим перепадом напряжения частотомер запускается. Цепь остановки частотомера работает аналогично. Когда детонационный фронт достигает второго датчика й2, ионизированная плазма замыкает его искровой промежуток и в цепь включается второе сопротивление Р3. Соответствующим перепадом напряжения частотомер останавливается. Зная частоту тактового генератора частотомера (она была равна 1 МГц) и количество импульсов, набранных за время прохождения детонационной волны от первого до второго датчика, легко определить время прохождения детонационной волны между двумя датчиками. Величины сопротивлений Яг, Я2, Я3 и соотношения между
ними подбираются из условия уверенного запуска и остановки частотомера.
Рис.1. Устройство для определения средних скоростей детонации 1 - заряд ВВ, помещённый в жёсткую оболочку (стальную гильзу); 2, 3 - приспособления для подвешивания заряда и деформируемого элемента (свинцового диска); 4 - свинцовый диск; 5, 6 - датчики для измерения средней скорости детонации; 7,8- датчики для измерения скорости разлёта продуктов детонации; ^^ - база для определения средней скорости детонации; Ъс - база для определения
скорости разлёта продуктов детонации
Среднюю скорость определяли делением
расстояния между стартовым и финишным
датчиком на время, прошедшее между сигналами от этих датчиков. Аналогично определялась и скорость разлёта продуктов детонации. Датчиками в этом случае служили тонкие изолированные лепестки медной фольги, которые замыкались при механическом ударе продуктами детонации.
Для измерения скорости распространения ударной волны в горных породах использовалась следующая схема. В блок горной породы на расстоянии Ь один от другого вставляются тонкие металлические стержни (рис.3) и вставляется источник ударной волны, небольшой заряд ВВ. На концах стержней закрепляются стеклянные пластинки площадью около 2 см с нанесённым на них вакуумным способом серебром. На эти зеркала направляется излучение от осветительного прибора. Высота стержней и угол поворота регулируются таким образом, чтобы отражённое от них излучение фокусировалось в одной точке, в которой помещается
светочувствительный прибор (фотоумножитель ФЭУ-31). Принцип работы схемы заключается в следующем: в спокойном состоянии на светочувствительный элемент падает излучение постоянной силы, на что он реагирует током постоянной величины. Когда ударная волна достигает первого из стержней, он отклоняется от исходного положения, отражённое излучение не попадает на фотоумножитель, освещённость его меняется и, следовательно, меняется его ток. Это изменение можно зафиксировать осциллографом, а можно использовать для запуска частотомера с помощью схемы, аналогичной приведённой на рис.2. Когда ударная волна достигает второго стержня, он также отклоняется и отражённый от зеркальца свет не попадает на светочувствительный прибор, вследствие чего его ток меняется во второй раз и этим импульсом частотомер останавливается. По известной базе Ь и измеренному с помощью частотомера времени прохождения ударной волной этой базы определяется средняя скорость прохождения ударной волны.
Е
Ч3-34
Рис.2. Схема включения частотомера: Ч3-34 - электронно-счётный частотомер; ^, 02 - ионизационные датчики; Е - стабилизированный блок питания; , Я2, Я3 - сопротивления
Рис. 3. Принципиальная схема устройства для определения средних скоростей ударных волн 1 - блок горной породы, помещённый в ящик; 2 - взрывчатое вещество, создающее ударную волну; 3 - источник света; 4 - стержни с зеркалами; светочувствительный прибор (ФЭУ-31); I. -база для определения средней скорости ударной волны.
Разработанный метод определения средней скорости детонации использовался при изучении взрывчатых характеристик аммиачно-селитренных ВВ малой плотности на основе карбамидных пен. Скорость прохождения ударных волн определялась для горных пород алданских золотодобывающих рудников.
Библиографический список
1. Похил П.Ф. Методы исследования процессов горения и детонации / П.Ф.Похил, В.М.Мальцев, В.М.Зайцев. - М.: Наука. - 1969. - 302 с.
2. Зайцев В.М. Электромагнитный метод измерения скорости продуктов взрыва / В.М.Зайцев, П.Ф. Похил, К. К. Шведов // ДАН СССР. - 1960. - Т. 132, № 6. - С. 1339 - 1340.
3. Зубарев В.Н. Движение продуктов взрыва за фронтом детонационной волны / В.Н. Зубарев // Журнал прикладной механики и технической физики. -1965. - № 2. - С. 54 - 61.
4. Пай В. В. Исследование ударного сжатия композиционных пористых сред невозмущающим электромагнитным методом / В.В.Пай, И.В.Яковлев, Г.Е.Кузьмин // Физика горения и взрыва. - 1996. - Т. 32, №2. - С.124-129.
5. Пятернёв С. В. Об особенности профиля массовой скорости детонационной волны в ВВ, содержащим добавку, претерпевающую полиморфное превращение / С.В.Пятернёв, С.В.Першин, А.Н Дрёмин., А.В.Ананьин // Физика горения и взрыва. - 1986. - Т. 22, №3. - С. 136-137.
УДК 656.254.1
О МЕТОДЕ ОБРАБОТКИ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ДИАГНОСТИКЕ НАПРАВЛЯЮЩИХ ЛИНИЙ ПОЕЗДНОЙ РАДИОСВЯЗИ
Н.П.Шустов1
Иркутский государственный университет путей сообщения, 664074, г. Иркутск, ул.Чернышевского, 15
Рассматривается возможность применения математических моделей для описания характера распространения радиоволн по направляющим линиям поездной радиосвязи. Предложены методы обработки измерений при диагностике систем поездной радиосвязи гектометрового диапазона на основе параметров рассматриваемых моделей. Ключевые слова: поездная радиосвязь, направляющие линии, методы контроля и диагностики, затухание, волноводное распространение гектометровых радиоволн, отношение сигнал/помеха. Ил. 2. Библиогр. 3 назв.
1
Шустов Николай Павлович, аспирант, тел.: 8-902-5-76-13-44, е-mail: ShuNick@irgups.ru Shustov Nikolay Pavlovich, a post graduate. Tel. 8-902-5-76-13-44, е-mail: ShuNick@irgups.ru
TO THE METHOD OF PROCESSING OF MEASUREMENTS UNDER DIAGNOSTICS OF GUIDE LINES OF TRAIN WIRELESS
Shustov N.P.
Irkutsk State University of Railway Engineering 15 Chernishevskiy St., Irkutsk, 664074
The author considers the possibility to apply mathematical models for the description of character of radio waves propagation along train wireless guide lines. He offers the methods of measurement processing under diagnostics of systems of hectometer band train wireless on the basis of parameters of the models being considered. Key words: train wireless, guide lines, methods of control and diagnostics, damping, duct propagation of hectometer radio waves, signal/disturbance ratio. 2 figures. 3 sources.
Введение. Одна из основных проблем, возникающих при эксплуатации систем поездной радиосвязи (ПРС) гектометрового диапазона, состоит в низкой эксплуатационной надежности используемых направляющих линий (волноводов). В настоящее время для контроля состояния волноводов используется вагон-лаборатория (ВЛ) [1]. По данным, полученным ВЛ, строятся зависимости напряжения сигнала и помех на входе приемника, результаты представляются в виде протоколов. В качестве примера на рис.1 показан протокол измерений параметров ПРС на участке Посольская - Тимлюй ВСЖД.
Как видно из рис. 1, с помощью результатов измерений можно определить «мертвые» зоны, где уровень сигнала падает ниже допустимого предела 72 дБмкв [2]. Однако не существует способа анализа данных, позволяющего определить причины возникновения неисправностей волноводного тракта. В статье рассматривается возможность обработки данных измерений ВЛ с использованием моделей, описывающих зависимость изменения мощности принимаемого сигнала от расстояния Рс (г) .
Выбор моделей. Рассмотрим модели, позволяющие в упрощенном виде представить характер Рс (г) .
Степенная модель. Представим закон Рс (г) в степенном виде, как это сделано в работе [3]:
Pc(r) = Pol -r
(1)
где P0
мощность сигнала на единичном расстоянии г0, п - показатель степени, характеризующий скорость изменения Рс . Характеристики
стационарных и мобильных станций и их антенные коэффициенты, возбуждения направляющей линии учитываются при определении мощности Р0. Модель (1) подходит для систем с распространением пространственных волн вблизи поверхности земли и не учитывает особенности распространения сигнала вдоль направляющих линий.
Экспоненциальная модель. Для этой модели Рс (г) описывается зависимостью
Pc (r) = Po e
(2)
где Р0 - мощность возбуждения линии с учетом переходного затухания Кпер [2], определяется
по формуле: Р0 = Рпрд / Кпер , где Рпрд - выход-
п
r
b
Протокол измерений параметров поездной радиосвязи
Дороео Восточно-Сибирская Участок ИРКУТСК- ПАССАЖИРСКИ Й-ПЕТРОВСКИЙ ЗАВОД тяга перемен Пере нон Посольская— Тимлюй направление четное ШЧ 7
Дата проВерки 22.01.2006
поезд 904 локомотив, тип ЕЛ— ВОТ
—■—<= Станция —*— Станция => —■—Друъиэ сизнат
Напр. линия boAHO&OQ —
Норме 72 дБмкВ
я
JN J
— Nr
- - -V
/ " - - — - - - ___ / " — _
су 31
■ч
а
I
5 79 ti
I S7
О
л
^ 55 43
5525 5526 5527 552,3 5529 553В 5531 5532 5533 5534 5535 553S 5537 553В 5539 5540 5541
Километраж, км
Рис.1. Протокол измерения параметров поездной радиосвязи
ная мощность передатчика, (для РС-46 МЦ 12 Вт), Ь - масштаб экспоненциального спада, связанный с коэффициентом затухания а, измеряемом в дБ/км по формуле а = 10/[1п(10) х Ь]. Модель (2) используется при анализе сигналов, распространяющихся вдоль воздушных и кабельных линий связи, а также вдоль волноводов различной физической природы.
Модифицированная экспоненциальная модель. В условиях открытых волноводных систем часть полезного сигнала, минуя направляющую линию, за счет пространственных волн попадает на приемник мобильного терминала. С учетом этого обстоятельства модель (2) можно преобразовать
Рс (г) = Рое Ь + с
(3)
где Р0 и Ь совпадает с одноименными параметрами модели (2), а третий параметр с учитывает уровень помеховых сигналов, попавших на вход приемника, минуя направляющую линию. Заметим также, что в параметр с входит мощность помех от электроподвижного состава и электроустановок, находящихся в непосредственной близости от волноводного тракта.
Все три модели являются упрощенными, описывают только основные параметры распространения радиоволн, например, не учитывают неоднородности волноводов ПРС.
Обработка измерений и определение параметров моделей. Для определения параметров моделей рассмотрим 12 протоколов измерения мощности поля Рс (г) , снятые вагон -
лабораторией на участках Восточно-Сибирской и Западно-Байкальской железных дорог. Данные снимались с помощью измерительного комплекса МИКАР [1].
В качестве метода определения параметров функциональной зависимости будем использовать стандартный метод наименьших
квадратов. Значения мощности в начале каждого из исследуемых участков превышают значения мощности в конце примерно на 20 - 30 дБ. В качестве весовой функции будем использовать зависимость 1/[У • /(х)], здесь У - измеренные значения мощности вагон - лабораторией на участке, / (х) - рассматриваемая функциональная зависимость.
С помощью полученных параметров для каждого участка построим графики зависимости Рс (г) . Для сравнения моделей и выяснения,
какая из них лучше описывает характер спада мощности в направляющих линиях поездной радиосвязи, вычислим среднеквадратичную ошибку.
На рис. 2 изображены зависимости Рс (г) ,
полученные после обработки экспериментальных данных, снятых ВЛ на перегоне Утулик -Байкальск. Точками на графиках показаны значения, полученные ВЛ. Несмотря на большой разброс экспериментальных данных, кривые хорошо описывают их.
Анализ значений среднеквадратической ошибки в каждом из 12 случаев и ее среднего значения для каждой зависимости показало, что лучше всего с точки зрения остаточной погрешности экспериментальные данные описывает модель (3).
Сравним значения параметров, известных из справочной литературы, со значениями, полученными при обработке экспериментальных данных. Параметр сср = 55.9дБмкВ экспоненциальной модели (3) мало отличается от напряжения помех ип =60 дБмкВ [2], однако в каждом
отдельном случае величина параметра с в значительной степени меняется, что указывает на высокую чувствительность метода. Постоянная затухания направляющей линии, при использо-
г
Рс,Вт
1 • 10"'
\а
1V'
^ б
2 4 6 8 10 г, м
Рис.2. Сравнение результатов моделирования с данными измерений: а - аппроксимация экспериментальных данных с использованием зависимости (1), б - с использованием зависимости (2), в - с использованием зависимости (3)
1-10
1-10
