CC BY
117
IMPROVING THE DESIGN THE DISTILLATION COLUMN OF THE PACKED TYPE V.G. Afanasenko, V.F. Khuziev, Y.L. Galimova
The article presents a method of improving the quality of the product by upgrading the laboratory installation. A cooling system is developed, which includes: a coil of complex shape, a centrifugal pump, a polymer tube and 2 tanks. An advanced distribution plate of the distillation column with a diameter of 150 mm. The calculation and analysis of the data, which suggests the effectiveness of the proposed modernization.
Key words: mass transfer, rectification, distillation column, cooling system, liquid distribution device, heat balance, coil-pipe.
Afanasenko Vitaliy Gennadevich, candidate of technical sciences, head of department, afanasenko. v. g@ yandex. ru, Russia, Ufa, Ufa State Petroleum Technical University,
Khuziev Vilnar Fayzullovich, undergraduate, khuziev1305@ mail. ru, Russia, Ufa, Ufa State Petroleum Technical University,
Galimova Julia Lenarovna, postgraduate, 449461832@,mail. ru, Russia, Ufa, Ufa State Petroleum Technical University
УДК 629.3.054.4
РОЛЬ ЛИДАРА В СОВРЕМЕННЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВАХ
В. А. Бопп
Рассматривается принцип работы лазерного лидара, выявляются его преимущества. Лидар позволяет строить объёмную SD-модель окружающего мира, рассчитывать скорость препятствия и расстояние до него, используя разницу во времени между отправленным и отражённым сигналом. На сегодняшний день не существует альтернативы лидарам с такими же характеристиками точности, компактности и конечной стоимости. Развитие электронных помощников водителям, а также беспилотного транспорта невозможно без использования лидаров.
Ключевые слова: лидар, лазерный радар, автопилот, адаптивный круиз-контроль, датчики.
Развитие технологий и ежегодно ужесточающиеся требования к безопасности транспортных средств подталкивают автопроизводителей к разработке новейших систем. В их числе система предупреждения столкновений. Она позволяет водителям снизить риск столкновения с попутным транспортным средством, пешеходом или велосипедистом. На минимальных скоростях (в среднем до 30 км/ч, в зависимости от особенностей системы на конкретном автомобиле) и вовсе избежать аварии. При риске столкновения подобные системы оповещают водителя, как правило, посредством звуковой индикации. Если водитель не реагирует, система автоматически применяет экстренное торможение. Прогнозы компании EURO NCAP, занимающейся тестированием безопасности автомобилей, показывают, что системы экстренного торможения могут сократить число аварий на 38%.
Один из ключевых компонентов систем экстренного торможения -лидар. Это датчики радарного типа, использующие для обнаружения объектов амплитудную или частотную модуляцию. На основе информации с датчика происходит оценка окружающей среды на наличие опасностей на пути следования.
Рассеивающая среда Непрозрачное тело
Излучатель ^^ А. Ж _
Я1. --нЖ
Приёмник
Рис. 1. Принцип действия лидара
Благодаря принципу действия (рис. 1), лидар способен изменять расстояние до объекта, скорость и оценивать его положение в пространстве благодаря построению ЭБ-модели.
Расстояние лидарами с амплитудной модуляцией определяется временем прохождения сигнала от датчика до цели и обратно. Сигнал отправляется, отражается и возвращается обратно. Датчик подсчитывает затраченное время и определяет на каком расстоянии находится объект.
Лидары с частотной модуляцией посылают непрерывный луч света с изменяемой частотой, после чего он разделяется на 2 части, одна из которых направлена во внешнюю среду, а по возвращении объединяется с другой. Причём периодичность следования импульсов и частота модуляции выбираются таким образом, чтобы пауза между двумя импульсами была не меньше, чем время отклика от цели. Зависимость времени отклика от расстояния до цели приведена в таблице [1].
Время отклика с сигнала в зависимости от расстояния до цели
Расстояние до цели 1 м 10 м 100 м 1 км 10 км 100 км
Время отклика 6.7 нс 67 нс 0.67 мкс 6.7 мкс 67 мкс 0.67 мс
Расстояние измеряется разностью частот двух лучей за счёт того, что частота источника луча непостоянна. Такие лидары не подвержены интерференции от солнечных лучей и других лидаров, и именно они позволяют измерять скорость объекта. В отличие от радиоволнового сигнала, который отражается преимущественно от металлических частей, световые волны рассеиваются в любой среде. Отражённый сигнал возвращается через такую же рассеивающую среду, поэтому для получения достоверных данных необходима эффективная помехоустойчивая система.
Применение лидаров намного эффективнее систем определения расстояния до объектов, базирующихся только на информации с видеокамер. Во-первых, определение расстояния по плоскому 2Б-изображению ненадёжно, поскольку не учитывается объём объектов. Во-вторых, одни лишь камеры ненадёжны в условиях переменчивой окружающей среды, в том числе снега, дождя, слякоти и грязи - объектив камеры может быть попросту перекрыт, и система перестаёт функционировать. В-третьих, встречные автомобили в тёмное время суток могут засвечивать камеру, что может привести к необратимым последствиям.
Э4Э
В отличие от камеры лидар создаёт объёмную модель окружающего мира и позволяет рассчитывать расстояние до препятствия с высокой долей точности и затрачивать при этом доли секунды. С таким устройством автомобиль способен анализировать обстановку в режиме реального времени. Кроме этого, на работу радара практически не влияет окружающая обстановка, в том числе не ухудшаются характеристики обнаружения при плохих погодных условиях.
Лидары обладают ключевыми преимуществами и перед другими датчиками. Материалы, которые не отражают радиоволны, обычные датчики обнаружить неспособны [2]. Лидар определит лежащую на дороге резиновую покрышку, а обычный датчик нет.
Пппгтотнпе Обогреваемый
Угловой сканер
Рис. 2. Строение лазерного радара LIDAR
Компании NTN-SNR и Valeo при тесном взаимодействии c инженерами Audi разработали лидар (рис. 2), состоящий из четырёх лазерных диодов, лучи с которых проецируются на призму с двумя отражающими поверхностями. Они сканируют угол 145 градусов 25 раз в секунду для направления лучей в оптический приёмник. Работу поворотного механизма отслеживает датчик угла поворота, позволяющий излучать 5000 импульсов за оборот и с высокой точностью измерения до десятых долей градуса. Такая система позволила получать объективное 3D-изображение окружающей среды с точностью до сантиметров [3]. Такой лидар установлен на некоторых моделях марки Audi.
Лидар не корректирует поведение автомобиля, а лишь предоставляет информацию для блока управления. Необходимость в его наличии обусловлена в объединении отдельных автомобильных компонентов в единое целое и исключении дублирующих компонентов для других систем и электронных помощников. Нет потребности в установке отдельных лидаров для системы адаптивного круиз-контроля и отдельных лидаров для системы предотвращения столкновения. Блок управления получает информацию с различных датчиков, обрабатывает её и отправляет команды различным системам.
Корректное функционирование систем предупреждения и предотвращения столкновений, системы адаптивного круиз-контроля, а также автопилота в будущем невозможно без использования лидаров, однако лидар необходим только для получения информации об окружающей обстановке, решение принимает именно блок управления. Чем больше, быстрее и точнее данные получает блок управления, тем быстрее и правильнее его решения. Как правило, подобные системы помощи водителю функционируют в комплексе с камерой или группой дополнительных датчиков, в том числе связки радаров ближнего и дальнего действия, это позволяет получать более полную и объективную картину окружающей обстановки.
На текущий момент отсутствуют альтернативы лидарным датчикам, поскольку нет системы, удовлетворяющей требованиям компактности, точности и скорости измерений. Количество лидаров на единицу транспорта ежегодно будет увеличиваться, поскольку появляются всё более новые и совершенные системы помощи водителям в следствие технического прогресса и ужесточающихся требований безопасности. На сегодняшний день возможности лидаров не достигли своего предела, однако становятся всё доступнее и с экономической точки зрения. Это ещё один фактор их растущей популярности.
Список литературы
1. Лидар // Википедия - свободная энциклопедия [Электронный ресурс]. URL: Ьир8://ш.ш1к1реё1а.о^Атк1/Лидар (дата обращения: 01.03.2020).
2. Автомобильный радар // Системы современного автомобиля [Электронный ресурс]. URL: http://systemsauto.ru/active/radarsensor.html (дата обращения: 01.03.2020).
3. «Глаза» автопилота: как работает лазерный радар на новом Audi A8 // Свежие автоновости России - Журнал Движок [Электронный ресурс]. URL: https://dvizhok.su/parts/glaza-avtopilota-kak-rabotaet-lazernyij-radar-na-novom-audi-a8 (дата обращения: 01.03.2020).
Бопп Виктория Андреевна, магистр, miss. [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE ROLE OF LASER RADARS IN VEHICLES V.A. Bopp
The principle of operation of the laser lidar is considered, and its advantages are revealed. Lidar allows you to build a three-dimensional 3D model of the surrounding world, calculate the speed of the obstacle and the distance to it, using the time difference between the sent and reflected signal. To date, there is no alternative to lidars with the same characteristics of accuracy, compactness and final cost. The development of electronic assistants for drivers, as well as driverless transport, is impossible without the use of lidars.
Key words: lidar, laser radar, autopilot, adaptive cruise control, sensors.
Bopp Victoria Andreyevna, master, miss. blackbery@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University
