CC BY
12
УДК 543.27.-8
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-20-22
ОБЗОР БАЗОВЫХ РЕШЕНИЙ СИСТЕМ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧКИ ГАЗА
П.А. Кожухов
В данной статье рассматриваются базовые решения в области систем обнаружения утечки
газа.
Ключевые слова: газ, обнаружение, датчик.
В настоящее время на рынке находится множество готовых решений систем обнаружения утечки газа. В основном они объединены с системой охранной и пожарной сигнализации. Они состоят из множества отдельных блоков такие как: извещатели, сигнальные устройства, блок индикации, контрольная панель, устройство управления, источник бесперебойного питания. Поэтому само оборудование и монтаж такой системы стоит немалых денег. Функция обнаружения утечки газа в системах охраной и пожарной сигнализации, является не основной. Поэтому использование таких систем только для обнаружения утечки газа я считаю нецелесообразным.
Системы обнаружения утечки газа. Существуют портативные переносные детекторы или еще их называю газоанализаторы, пример такого анализатора изображен на рис. 1.
Газоанализатор является измерительным прибором, который позволяет определять концентрации одного или нескольких газов в соответствии с функциональностью конкретной модели целевого газа. Для измерения концентрации кислорода углекислого газа, азота, углеводородов, других соединений и газов обычно применяют газоанализаторы для промышленности, энергетики. Более того, многие современные модели могут также измерять такие характеристики газовых потоков, как температуру, скорость, давление и так далее, и определение сажевого числа.
Приборы такого типа используют для контроля выбросов топливосжигающих объектов (котельных, теплогенераторов, печей и тому подобные) стационарных двигателей, турбин и других агрегатов, а также для мониторинга процессов сгорания в отопительных системах и на промышленных установках. С помощью газоанализатора возможно оптимальным образом настроить аппаратуру топливосжигающих устройств, обеспечив полноту сгорания топлива, максимальный КПД и минимизацию вредных выбросов.
По целевому предназначению различают анализаторы газов для отопления и промышленного применения (последние обладают большей функциональностью и эксплуатационной неприхотливостью).
Измерительные возможности и точность газоанализаторов зависят от характеристик датчиков, которые используются в качестве чувствительных элементов - электрохимических измерительных ячеек или инфракрасных сенсоров [1].
Функциональность газоанализаторов зависит от количества используемых датчиков, а также от программного ПО и вычислительных возможностей электронного блока (некоторые величины определяются косвенным путем). Если простейшие приборы могут работать только по одному целевому газу, то более сложные газоанализаторы способны измерять концентрацию одновременно нескольких газообразных веществ. Используя модели профессионального класса, появляется возможность менять газовые сенсоры самостоятельно, выбирая для конкретных измерений наиболее подходящий набор датчиков, а также выполнять калибровку непосредственно на месте проведения измерений.
Рис. 1. Портативный газоанализатор
Но и у таких приборов существую недостатки. При высокой функциональности и точности современных газоанализаторов, их «слабым местом» остается меньший (по сравнению со временем эксплуатации всего прибора) срок службы электрохимического сенсора и других быстроизнашивающихся
20
Системный анализ, управление и обработка информации
элементов, что вынужденно повышает общую эксплуатационную стоимость приборов такого типа. Так же такой газоанализатор не подойдет для постоянного мониторинга содержания опасных газов в воздухе. Поэтому для многих задач он не подходит [2].
Существуют и решения для квартир и частных домов, пример такого датчика изображен на рис. 2. Такие приборы состоят из небольшого корпуса, в котором расположен датчик утечки газа, звуковая сирена, отсек для батареек или аккумулятора. Основным источником питания является сеть 220 вольт. Датчик определяет концентрацию одного или нескольких видов газов, и в случае увеличение предельно допустимого порога, происходит подача звукового сигнала.
Рис. 2. Датчик утечки со звуковой сигнализацией
Такие датчики обладаю небольшим функционалом и их рекомендуется использовать в квартирах и частных домах где установлено ГО. Например, на кухне не далеко от газовой плиты или возле газового котла. Место установки прибора зависит от вида газа. Если газ легче воздуха, то датчик необходимо установить на уровне 30см от потолка, а если тяжелее, то 30см от пола. Так же не рекомендуется установка вблизи вентиляции и хорошо проветриваемого места. Это может сказаться на оперативности срабатывания датчика в случае утечки газа, что может привести к плохим последствиям.
Еще стоит упомянуть системы обнаружения утечки газа, которые используются в нефтяной и газодобывающей промышленности, пример изображен на рис. 3. Данные СОУГ являются самыми дорогими, так как там используется самые продвинутые и дорогостоящие датчики и устройства управления ими. В этих отраслях использование таких систем безусловно оправдано. Так как на таких объектах очень высокие требования безопасности. Даже небольшая утечка на газодобывающем объекте может привести к техногенной катастрофе.
Рис. 3. Промышленный газоанализатор
С развитием технологий и рынка, рядовому пользователю открываются новые возможности, к приобретению и использованию устройств, ранее недоступному широкому кругу людей. Сейчас не составляет труда приобрести отдельно различные контроллеры, датчики, электронные компоненты и модули к ним. Поэтому для доступной, легко повторяемой и недорогой реализация системы дистанционного обнаружения утечки технического газа стоит рассмотреть сбор из доступных универсальных датчиков, микроконтроллеров и модулей к ним [3-5].
Преимущества данной системы: низкая стоимость компонентов; простота реализации; универсальность;
доступность всех компонентов системы; быстрое и простое обслуживание; высокая ремонтопригодность; быстрое развертывание системы.
В данной статья были рассмотрены основные решения в области систем обнаружения утечки
газа.
Были рассмотрены преимущества и недостатки готовых решений в области систем обнаружения утечки газа. Исходя из выше сказанного можно сделать вывод, что для решения некоторых задач готовые решения не подходят и стоит рассмотреть вариант с самостоятельной разработкой системы обнаружения утечки газа из имеющихся датчиков и микроконтроллеров доступных на рынке.
Список литературы
1. ГОСТ 13320-81. Газоанализаторы промышленные автоматические. Общие технические условия. М.: Издательство стандартов. 1992. 35 с.
2. Интернет - магазин контрольно-измерительных приборов. [Электронный ресурс] URL: https://dcm54.ru/g24230850-gazoanalizatory-testo (дата обращения: 08.06.2022).
3. Информациооный портал «Электросам». [Электронный ресурс] URL: https://electrosam.ru/category/glavnaia (дата обращения: 08.06.2022).
4. Интернет - магазин охранных систем. [Электронный ресурс] URL: https://videokontroldoma.ru/zvukovye-opoveshhateli (дата обращения: 08.06.2022).
5. Интернет - журнал про безопасность «SAVESYS». [Электронный ресурс] URL: https://savesvs.ru/pozhamaYa-ohrana/izveshhateli/zvukovYe-opoveshhateli.html (дата обращения: 08.06.2022).
Кожухов Павел Алексеевич, магистр, оператор, era_1@mil.ru, Россия, Анапа, ФГАУ «ВИТ
«ЭРА»
OVERVIEW OF BASIC SOL UTIONS FOR GAS LEAK DETECTION SYSTEMS
P.A. Kozyhov
This article discusses the basic solutions in the field of gas leak detection systems. Key words: gas, detection, sensor.
Kozyhov Pavel Alekseevich, magister, operator, era_1@mil.ru, Russia, Anapa, FGAU «MIT «ERA»
УДК 534.632
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-22-24
ЧАСТОТА И БЫСТРОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ФУРЬЕ
А.А. Пеньков
Представлены математические преобразования дискретным способом из временной области в частотную, рассматривается быстрое преобразование Фурье. Также показывается применение алгоритмов быстрого преобразования Фурье для обработки сигналов на линейно-модулированных радарах с частотно-модулированными непрерывными волнами.
Ключевые слова: преобразование Фурье, радиолокационные системы, линейно-модульные радары, частота сигнала.
Дискретное преобразование Фурье (ДПФ) - это математический метод, используемый для преобразования временных или пространственных данных в данные частотной области. Частота - это знакомое понятие из-за его разговорного употребления: самые низкие ноты, которые могут издавать наушники, составляют около 20 Гц, в то время как средняя частота на пианино составляет около 261,6 Гц; Герц или колебания в секунду, в данном случае буквально относится к числу раз в секунду, с которым мембрана внутри наушников перемещается. Это, в свою очередь, создает сжатые импульсы воздуха, которые, попадая в барабанную перепонку, вызывают вибрацию с той же частотой. Если допустить простую периодическую функцию sin(10*2nt) (рис.1), то можно рассматривать её как волну:
f = 10 # Частота, в циклах в секунду или Гц;
f_s = 100 # Частота дискретизации или количество измерений в секунду.
Из рис.2 видно, что выход быстрого преобразования Фурье (БПФ) представляет собой массив той же формы, что и вход, содержащий комплексные значения. Все значения равны нулю, за исключением двух записей. Визуализация величины результата в виде графика, в котором высота соответствует базовому значению.
Преобразование Фурье переносит из временной области в частотную, и это, оказывается, имеет огромное количество применений. Быстрое преобразование Фурье - это алгоритм для вычисления ДПФ, он достигает своей высокой скорости, сохраняя и повторно используя результаты вычислений по мере их продвижения [1-2].
Применение анализа радиолокационных данных. Линейно-модулированные радары ЧМНВ (частотно-модулированные непрерывные волны) широко используют алгоритм БПФ для обработки сигналов. В данном случае используются фактические данные с радара ЧМНВ, чтобы продемонстрировать: обнаружение целей. Примерно так работает радар ЧМНВ (рис.3):
22
