CC BY
9
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
При вводе в соответствующие поля модуля «Профилирование ЭПМ» значений коэффициентов относительного смещения и нажатия кнопки «Произвести расчет» получим изображение зацепления всех колес с учетом принятых значений (рис. 7).
а б
Рис. 7. Зацепление колес со смещением: а - центральной шестерни 1 с сателлитом 2, б - сателлита 2 с внешним колесом 3
На рис. 7, а показано зацепление центральной шестерни 1 с сателлитом 2 при числах зубьев Z1 = 42 и = 47 и коэффициентах относительного смещения = 0,2 и х, = -0,2. Зацепление сателлита 2 с корончатым колесом 3 при числах зубьев Z^ =42 и 7.-,, = 126 соответственно и коэффициентах относительного смещения х0 = —0,2 и х, = -0,3 дано на рис. 7, б.
Представленные формулы (5)-(7) позволяют произвести вычисления величин эксцентрикого
планетарного механизма, обеспечивающих требуемые виды траекторий движения точек выходного звена, удовлетворяющих заданному передаточному отношению, условиям заданной несоосности, сборки и соседства при разном количестве сателлитов. Применение информационно-аналитической системы сопровождения, расчета и анализа ЭПМ позволяет получить большое количество сочетаний чисел зубьев колес за достаточно небольшой промежуток времени, что повышает эффективность комплексного исследования механизма.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Беляков Е. В. Геометрия эксцентрикового // Вестник Краснояр. гос. техн. у-та. Вып. 29. Машиностроение. Красноярск, ИПЦ КГТУ, 2002.С. 115-119.
2. Синенко Е. Г. Особенности кинематики и геометрии эксцентричных эпициклических механизмов / Е. Г. Синенко, Е. В. Беляков // Вестник Ассоциации выпускников КГТУ КПИ. Вып. 10. Красноярск, 2004. С. 157-163.
3. Эксцентриковый планетарный механизм / Е. В. Беляков и др. // Механики - XXI веку : сб. докл. : VII Всерос. науч.-техн. конф. с между-нар. участием. Братск : БрГУ, 2008. С. 87-89.
УДК 543.422.8 Китов Борис Иванович,
д. т. н., профессор, заведующий кафедрой «Теоретическая механика и приборостроение», ИрГУПС,
тел. (3952) 638363, e-mail: kitov@irgups.ru Мухачев Юрий Сергеевич,
к. ф.-м. н., доцент кафедры «Теоретическая механика и приборостроение», ИрГУПС,
тел. (3952) 638363
ВРЕМЕННОЙ СДВИГ КАК ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЙ ПРИЗНАК ПРИ ИДЕНТИФИКАЦИИ ДВИЖУЩЕГОСЯ ОБЪЕКТА ДВУХДЕТЕКТОРНЫМ РЕНТГЕНОВСКИМ ДАТЧИКОМ
B.I. Kitov, Yu.S. Mukhachyov
PHASE SHIFT AS A CHARACTERISTIC FEATURE IN THE INDETIFICATION OF A MOVING OBJECT BY A TWO-DETECTOR X-RAY SENSOR
Аннотация. В статье предложен новый метод регистрации рассеянного рентгеновского излучения от движущегося объекта. Показывается, что применение двухдетекторной рентгено-оптической схемы измерения сигнала, охватывающей одновременное рассеяние излучения в верхнюю и нижнюю полуплоскости пространства,
позволяет получить новый информативный признак - временной. На его основе предложен алгоритм принятия решения об обнаружении искомого объекта среди многих.
Ключевые слова: временной сдвиг, рентгеновский датчик.
Информатика, вычислительная техника и управление. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы
Abstract. The paper proposes a new method of registering the scattered X-ray radiation from a moving object. The authors prove that the use of a two-detector X-ray optical scheme of signal's measuring which covers the simultaneous scattering of radiation to the upper and lower half-plane of space allows to acquire a new informative feature of the shift. It is used as a basis for the decision-making algorithm regarding the detection of the required object among many others.
Keywords: phase shift, X-ray sensor.
Большинство измерений в рентгеновских лучах статичны и предполагают строгую фиксацию исследуемого объекта относительно источника и детектора излучения. Однако существует особая область рентгеновских измерений - рентгеноаб-сорбционная сепарация руд, в которой требование фиксации объекта выполнить невозможно. Здесь облучается большое количество движущихся в непрерывном потоке, плохо упорядоченных зерен минералов, размер и форма которых являются случайными. При этом требуется в течении нескольких миллисекунд определить принадлежность каждого из зерен к искомому классу веществ.
Наиболее простой метод рентгеноабсорбци-онной сепарации [1] построен на различии в поглощении проникающего рентгеновского излучения зернами искомого (полезного) минерала и минералов сопутствующей породы. Прибор состоит из источника излучения, направляющего через коллиматор узкий поток рентгеновских лучей в детектор. Пересечение этого потока зернами ми-
нералов, имеющими разный химический состав, то есть разные коэффициенты поглощения рентгеновского излучения, приводит к различной величине уменьшения сигнала детектора.
Практика показала, что для обнаружения минералов с малыми атомными номерами среди более тяжелых минералов такие системы [2] обладают существенным недостатком: амплитуда сигнала от полезного минерала мало отличается от амплитуды опорного сигнала.
Этого недостатка лишен метод [3], в котором детектор направлен на регистрацию рассеянного излучения от объекта, распространяющегося в обратном направлении по отношению к первичному потоку. Вследствие слабого поглощения в легких средах интенсивность обратно рассеянного излучения от такого объекта оказывается большей, чем интенсивность от сопутствующей породы. Тракт регистрации прибора становится чувствительным именно к легким минералам, а не к частицам пустой породы.
В приборе такого типа [3] регистрация осуществлялась одним детектором, но достоверность способа можно повысить при применении предлагаемой нами двухдетекторной рентгенооптической схемы (РОС) прибора (рис. 1), так как появляется возможность обрабатывать полученные сигналы не только по амплитудным, но и по временным признакам. Для последнего при прохождении минерала 4 через первичный рентгеновский поток 3 анализируется величина запаздывания сигнала, поступившего от детектора 2, от времени поступления сигнала от детектора 1.
Появление временной задержки при исполь-
Направление /у движения зерна
Детектор 1 / А минерала
Рис. 1. Схема к расчету энергии рентгеновского излучения, рассеянного зерном минерала в направлении каждого из детекторов
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
зовании двухдетекторной схемы было доказано с помощью вычислительного эксперимента. По условиям расчета все частицы имели круглое сечение диаметром D. Первичный поток излучения считался узким, с высотой h, намного превышающей D. Частицы проходили поток в свободном падении.
Интегрирование поперечному сечению частицы S проведено методом разбиения на равные пространственные элементы длиной dx и высотой dy. В каждый момент времени t облучению подвергается лишь часть частицы, ограниченная высотой коллиматора h.
Путь первичного излучения в веществе частицы от ее поверхности до элемента объема обозначим x , а путь рассеянного излучения от этого
элемента до поверхности частицы обозначим Ц
i s ~
и /2 соответственно для направлений к детектору 1 и к детектору 2.
В приближении однократного рассеяния первичного излучения на частице, энергия излучения рассеянного на угол 0 в телесный угол dQ в направлении i-го детектора будет определяться как
dE°(Á,0) = hDN()^^-pexр -/и\1)-х х
dQ. (1)
х exp(-/¿7* )dxdyd Q,
где - линейные коэффициенты ослаб-
ления соответственно первичного излучения с длиной волны Л и рассеянного излучения веществом частицы с удельной плотностью р ;
dQ,
Д^13-65'10 Z
4 TTL
AqA X'
R-Azl (2)
где L = ln
1166
2 J
./ ~ 13,5 • Z - средний потен-
циал возбуждения; R - коэффициент обратного рассеяния электронов;
1+ А
шшт
- поправка Фи-
/(%)=-
(1 + %/аэ) 1 + Ь{1 + х!(тэ)
либера на поглощение излучения на выходе из материала анода;
- коэффициент поглощения
4.5-10-
электронов; И = 1,2АН2-, X =/и I ып-Э
3 - угол выхода излучения из анода; Е - потенциал возбуждения q-й оболочки атомов
материала анода.
Поток фотонов (в штуках) характеристической 7-й линии анода, который возник от торможения одного электрона и распространяется в пространстве в телесном угле 1 стерадиан, равен:
N, =-
к'Ра.
Z
-R-
ЕЕЕ
11 i
■Ах) (3)
- дифференциальный массовый коэффи-
циент рассеяния, равный сумме когерентной и некогерентной составляющих;
- плотность потока квантов первичного рентгеновского излучения.
Согласно [4], плотность спектрального распределения тормозного излучения ЫА (в штуках фотонов), которое возникло в энергетическом диапазоне шириной 1 нм и распространяется в пространстве в телесном угле 1 стерадиан при торможении в аноде 1 электрона, имеющего начальную энергию Е , равно:
-6 ( 1 1
где к - количество электронов на возбуждаемой оболочке (для ^-оболочки к = 2 , для Ь-оболочки
к = 8);
^ . - вероятность испускания 7-й линии q-й серии
характеристического излучения; со - коэффициент квантового выхода флуоресценции q-й оболочки атома.
При свободном падении частицы путь входа излучения х меняется в пределах от точки входа до точки выхода луча в частицу и при одинаковой форме и размере частиц определяется только глубиной У, на которую частица проникла в рентгеновский поток. При указанных ограничениях пути выходов излучений из /г и /2 тоже определяются только величиной У .
В свою очередь, длина, на которую частица проникла в рентгеновский поток, зависит от времени £, то есть 7 = 7?.
Если отбросить инструментальные константы в виде сомножителей, связывающие текущий сигнал I -го детектора Ui (V) и текущую энергию
рассеянного излучения Е/ (V), то формула (1) с учетом введенных уточнений принимает вид
С/,(0 - -ц\Х)х 1 ]х
сШ
хехр(-//7/ t )<& ■ Л • ¿Ю ■ ¿/А. (4)
Формула (4) описывает динамический сигнал, возникающий при движении объекта через зону облучения. Установка двух детекторов в верхней нижней полуплоскостях пространства относительно
Информатика, вычислительная техника и управление. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы
горизонтально распространяющегося потока первичного излучения приводит к различию динамических сигналов для каждого из детекторов, как по величинам, так и по времени появления максимумов амплитуд каждого из сигналов.
Допуская, что при малых D падение частицы через зону облучения происходит с постоянной скоростью, функцию Y =Y t можно считать линейной. Тогда UДг) = const-UД7) и (4) запишется в удобной форме, не связанной с временем движения:
с1сг{Л,в)
U,(Y)= {{/мэд-
dQ.
-рехр
\Л)х Y ];
хехр{-¡иЧ" У )ёх■йу-йО.-йХ. (5)
По формуле (5) был выполнен расчет энергии рассеянного излучения в верхнюю полуплоскость U\(t) и нижнюю полуплоскость ^(0 для искомого минерала алмаза (рис. 2) и сопутствующего минерала кальцита СаС03 (рис. 3) при напря-
ш
жении рентгеновской трубки с молибденовым анодом V = 42 кВ.
Диаметр частиц при расчете был задан равным 5 мм. Также полагалось, что спектральные характеристики чувствительностей детекторов постоянны и линейны в области рассматриваемых энергий первичного излучения, т. е. сигналы верхнего детектора и1 (V) и нижнего детектора и2 (V) пропорциональны регистрируемой соответствующим детектором энергии рассеянного рентгеновского излучения.
Угол рассеяния в верхнюю полуплоскость (в направлении первого детектора) равнялся 60 о, в нижнюю полуплоскость (в направлении второго детектора) равнялся 300о. Вычисление интегралов проводилось методом прямоугольников при разбиении области интегрирования по каждой из переменных на 100 равных долей.
Выбор кальцита обосновывается тем, что среди сопутствующих алмазу минералов кальцит
sm
U, усл.ед
0 1 2 3 4 5
У, мм
Рис. 2. Сигнал от алмаза при рассеянии излучения в верхний детектор (1) и в нижний детектор (2)
кальцит
0 1 2 3 4 5
У, мм
Рис. 3. Сигнал от кальцита при рассеянии излучения в верхний детектор (1) и в нижний детектор (2)
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
близок к алмазу по поглощающим свойствам. Что делает задачу селективного разделения алмаза и кальцита наиболее проблемной.
Как показал расчет (рис. 2 и 3), установка двух детекторов в верхней и нижней полуплоскостях пространства относительно горизонтально распространяющегося потока первичного излучения приводит к заметному различию максимумов сигналов по Y.
Но так как V и ? линейно связаны, то представленные на рис. 2 и 3 сигналы показывают динамику их изменения, и величины АУК и АУа являются пропорциональны временным сдвигам Д^ и А/ , максимума сигнала верхнего детектора относительно максимума сигнала нижнего детекторов соответственно для частиц кальцита и алмаза.
В заключение следует отметить, что наблюдаемое на модельном эксперименте различие величин временных сдвигов является новым признаком для распознавания сигналов в системе обнаружения алмазов в динамике его движения в зоне облучения.
тШШ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Справочник по обогащению руд : в 3-х т. / гл.ред. О. С.Богданов. Т. 2. Ч. 2. Специальные и вспомогательные процессы, испытание обога-тимости, контроль и автоматика. М., Недра. 1974. 452 с.
2. Пат. 2199108 Российской Федерации 7 G 01 N 23/007, В 07 С 5/342. Способ сепарации алмазосодержащих материалов / Ю. Мухачев и др. Патентообладатель Акционерная компания «Алроса». 2002109367/12; заявл. 10.04.2002; опубл. 20.02.2003, Бюл. № 5.
3. Пат.2401165 РФ способ сепарации алмазосодержащих материалов и устройство для его осуществления. 7 g 01 п 23/007, Ь 07 c 5/342; Патентообладатель ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения»; Заявл. 04.02.10, Бюл. № 28.
4. Финкельштейн А. П., Гуничева Т. Н., Афонин В. П. Расчет спектрального распределения первичного излучения при рентгенофлуоресцент-ном анализе // Заводская лаборатория. 1981. Т. 47, № 11. C. 28-31.
УДК 621.311: 621.331 Крюков Андрей Васильевич,
д. т. н., профессор ИрГУПС, e-mail: and_kryukov@mail.ru
Ле Конг Зань,
аспирант, ИрГУПС, e-mail: danh_lecong150287@yahoo.com
УЧЕТ АСИНХРОННОЙ НАГРУЗКИ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
A.V. Kryukov, Danh Le Cong
MODELING THE STATE OF TRACTION POWER-SUPPLY SYSTEM SUBJECT TO THE ASYNCHRONOUS LOAD
Аннотация. На основе компьютерного моделирования выполнена количественная оценка симметрирующего эффекта асинхронной нагрузки применительно к низковольтным электрическим сетям, питающимся от районных обмоток тяговых трансформаторов. На основе компьютерного моделирования показано, что за счет симметрирующего эффекта асинхронных электродвигателей максимальный уровень несимметрии может быть снижен на треть.
Ключевые слова: системы электроснабжения железных дорог переменного тока, асинхронная нагрузка в сетях 0,4-6-10 кВ, симметрирующий эффект.
Abstract. A quantitative estimation of asynchronous load symmetric effect in case of low-voltage power grids based on computer modeling was performed. Subject of this research were low-voltage power grids supplied from district windings of traction power transformers. The computer modeling has shown that maximum level of unsymmetry may be reduced by a third with the use of symmetric effect of asynchronous load.
Keywords: AC traction power-supply system, asynchronous load in 0.4-6-10 kVpower grids, symmetric effect.
