Лазерный измеритель параметров дождевых капель, работающий в проходящем свете

XLSTable.Sheets[0].AsFloat[6,i]:= Series8.XValue[i];

XLSTable.Sheets[0].AsFloat[7,i]:= Series8.YValue[i];

XLSTable.Sheets[0].AsFloat[8,i]:= Series9.XValue[i];

XLSTable.Sheets[0].AsFloat[9,i]:= Series9.YValue[i];

end;

XLSTable.Write;

end;

procedure TForm1.XLSCreate;

var i,j,t: integer;

begin

ConvertHist;

XLSTable.Sheets[0].ClearCells;

XLSTable.Filename:= SaveDialog1.FileName+'.xls';

XLSTable.Sheets[0].AsString[0,0]:= 'd1';

XLSTable.Sheets[0].AsString[1,0]:= 'd1';

XLSTable.Sheets[0].AsString[2,0]:= 'dср';

XLSTable.Sheets[0].AsString[3,0]:= 'N';

XLSTable.Sheets[0].AsString[4,0]:= 'N*dср/(d1-d2)';

for i:= 0 to HistCount -1 do

begin

XLSTable.Sheets[0].AsFloat[0,i+1]:= (sqrt(Threshold)+i*TempCount)*2;

XLSTable.Sheets[0].AsFloat[1,i+1]:= (sqrt(Threshold)+(i+1)*TempCount)*2;

XLSTable.Sheets[0].AsFloat[2,i+1]:= (sqrt(Threshold)+(i+0.5)*TempCount)*2 ;

t:= 0;

for j:= 0 to CountOfParts -1 do

t:= t+TempHist[j,i];

XLSTable.Sheets[0].AsFloat[3,i+1]:= t;

XLSTable.Sheets[0].AsFloat[4,i+1]:= t*0.5*(sqrt(Threshold)+(i+0.5)*TempCount)*2/TempCount;

end;

XLSTable.Write;

end;

Чтение настроек из ini- файла:

procedure TForm1.ReadIni;

var

sIniFile: TIniFile;

sPath: string[200];

begin

GetDir(0, sPath); { текущий каталог }

sIniFile := TIniFile.Create(sPath + '\Config.INI');

//Параметры окна

form1.top := sIniFile.ReadInteger('Form1', 'form1.Top', form1.top);

form1.left := sIniFile.ReadInteger('Form1', 'form1.left', form1.left);

Form1.Width:= sIniFile.ReadInteger('Form1','Form1.Width',Form1.Width);

Form1.Height:= sIniFile.ReadInteger('Form1','Form1.Height',Form1.Height);

//Параметры файла

Frequency:= SIniFile.ReadInteger('Data','frequency',100000);

AveCount := SIniFile.ReadInteger('Data','AveCount',10);

Part:= SIniFile.ReadInteger('Data','Part',10000);

SizeOfPart:= SIniFile.ReadInteger('Data','SizeOfPart',100000);

grf:= SIniFile.ReadInteger('Data','grf',5);

Threshold:= SIniFile.ReadInteger('Data','Threshold',10);

HistInt:= SIniFile.ReadInteger('Data','HistInt',1);

HistCount:= SIniFile.ReadInteger('Data','HistCount',20);

sIniFile.Free;

end;

Запись настроек в ini-файл при закрытии:

procedure TForm1.WriteIni;

var

sIniFile: TIniFile;

sPath: string[200];

begin

GetDir(0, sPath); { текущий каталог }

sIniFile := TIniFile.Create(sPath + '\Config.INI');

//параметры окна

sIniFile.WriteInteger('Form1', 'form1.Top', form1.top);

sIniFile.WriteInteger('Form1', 'form1.left', form1.left);

sIniFile.WriteInteger('Form1','Form1.Width',Form1.Width);

sIniFile.WriteInteger('Form1','Form1.Height',Form1.Height);

//параметры данных

SIniFile.WriteInteger('Data','Frequency',Frequency);

SIniFile.WriteInteger('Data','AveCount',AveCount);

SIniFile.WriteInteger('Data','Part',Part);

SIniFile.WriteInteger('Data','SizeOfPart',SizeOfPart);

SIniFile.WriteInteger('Data','grf',grf);

SIniFile.WriteInteger('Data','Threshold',Threshold);

SIniFile.WriteInteger('Data','HistInt',HistInt);

SIniFile.WriteInteger('Data','HistCount',HistCount);

//конец записи

sIniFile.Free;

end;

Вывод временного распределения количества частиц- подсчитывается количество частиц за каждую реализацию:

procedure TForm1.Button4Click(Sender: TObject);

var i,j,k,t: integer;

begin

series6.Clear;

series7.Clear;

series8.Clear;

series9.Clear;

//series1.LegendToValueIndex(1);

for i:= 0 to countofparts-1 do

begin

t:= 0;

for j:= 0 to 24 do

t:= t+ ArrayOfHists[i].hist[j];

series6.AddXY(i*SizeOfPart/strtoint(edit2.Text),t*strtoint(edit3.Text),'<50'+' *'+edit3.Text);

t:= 0;

for j:= 0 to 24 do

t:= t+ ArrayOfHists[i].hist[j+25];

series7.AddXY(i*SizeOfPart/strtoint(edit2.Text),t*strtoint(edit4.Text),'50-100'+' *'+edit4.Text);

t:= 0;

for j:= 0 to 24 do

t:= t+ ArrayOfHists[i].hist[j+50];

series8.AddXY(i*SizeOfPart/strtoint(edit2.Text),t*strtoint(edit5.Text),'100-150'+' *'+edit5.Text);

t:= 0;

for j:= 0 to 24 do

t:= t+ ArrayOfHists[i].hist[j+75];

series9.AddXY(i*SizeOfPart/strtoint(edit2.Text),t*strtoint(edit6.Text),'150-200'+' *'+edit6.Text);

end;

end;

Сохранение результатов обработки:

procedure TForm1.Button5Click(Sender: TObject);

var i,j: integer;

f: textfile;

Hist: file of Histogram;

s: string;

begin

SaveDialog1.FileName:= copy(OpenDialog1.FileName,0,length(OpenDialog1.FileName)-4);

if SaveDialog1.Execute then

begin

edit1.Text:= inttostr(SaveDialog1.FilterIndex);

if SaveDialog1.FilterIndex = 1 then

begin

AssignFile(f,SaveDialog1.FileName+SaveDialog1.Filter);

ReWrite(f);

//WriteLn(f,'Данные из файла

'+copy(ExtractFileName(f),1,Length(ExtractFileName(f)-ExtractFileExt(f));

//WriteLn(f,DateTimeToStr(FileDateToDateTime(FileGetDate(FileOfData))););

WriteLn(f,'длина одной реализации:'

+floattostr(SizeOfPart/strtoint(edit2.text))+ 'сек.');

WriteLn(f,'');

WriteLn(f,'количество реализаций'+ inttostr(CountOfParts));

for i:= 0 to CountOfParts-1 do

for j:= 0 to 99 do

WriteLn(f,FloattoStr(ArrayOfHists[i].hist[j]));

CloseFile(f);

end;

if SaveDialog1.FilterIndex = 2 then

begin

AssignFile(Hist,SaveDialog1.FileName+ '.hst');

ReWrite(Hist);

for i:= 0 to CountOfParts-1 do

Write(Hist, ArrayOfHists[i]);

CloseFile(Hist);

end;

if SaveDialog1.FilterIndex = 3 then

XLSCreate;

if SaveDialog1.FilterIndex = 4 then

ChartToXLS;

end;

end;

procedure TForm1.Button6Click(Sender: TObject);

begin

//chart1.PrintProportional:= true;

if PrintDialog1.Execute then chart1.PrintLandscape;

end;

Обработка событий интерфейса программы:

procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);

var

f: file of smallint;

t: smallint;

i: integer;

begin

FileStatus:= false;

CountOfData:= 0;

CountOfParts:= 0;

PositionInFile:= 0;

SetLength(ArrayOfData,0);

SetLength(AverageArray,0);

ReadIni;

SetLength(ArrayOfHists,100 {div HistInt});

SetLength(TempHist,HistCount);

//Panel1.Top:= 1;

//Panel1.Left:= Form1.Width-panel1.Width-1;

end;

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);

var i: integer;

begin

if FileStatus then

CloseFile(FileOfData);

series1.Clear;

series6.Clear;

series7.Clear;

series8.Clear;

series9.Clear;

try

if OpenDialog1.Execute then

begin

if opendialog1.FilterIndex = 1 then

begin

OpenTheFile;

if FileStatus then

begin

edit1.Text:= inttostr(FileSize(FileOfData) div SizeOfPart) ;

Averaging;

end;

//For i:= 0 to CountOfData-1 do series2.Add(AverageArray[i]);

end;

if opendialog1.FilterIndex = 2 then OpenTheHist;

end;

Button3.Click;

except

end;

end;

procedure TForm1.FormCloseQuery(Sender: TObject; var CanClose: Boolean);

begin

WriteIni;

if FileStatus then CloseFile(FileOfData);

end;

procedure TForm1.Button2Click(Sender: TObject);

var i,j,t1,t2,t1i,t2i: integer;

begin

{t1:= ArrayOfImpulses[0,0];

t2:= ArrayOfImpulses[1,0];

t1i:= 0;

t2i:= 0;}

for i:= 0 to CountOfImpulses-1 do

begin

t1i:= i;

t1:= ArrayOfImpulses[0,i];

for j:= i+1 to CountOfImpulses-1 do if t1>ArrayOfImpulses[0,j] then

begin

t1i:= j;

t1:= ArrayOfImpulses[0,j];

end;

ArrayOfImpulses[0,t1i]:= ArrayOfImpulses[0,i];

ArrayOfImpulses[0,i]:= t1;

end;

end;

procedure TForm1.ScrollBar1Change(Sender: TObject);

var i: integer;

begin

series1.Clear;

if CheckBox3.Checked then

begin

ConvertHist;

for i:= 0 to HistCount-1 do

series1.AddXY(sqrt(Threshold)*2+i*TempCount*2,TempHist[ScrollBar1.P

sition,i]*exp(strtofloat(edit7.text)*ln(sqrt(Threshold)*2+i*TempCount*2)));

end else

for i:= 1 to 99 do

series1.AddXY(i*2,ArrayOfHists[ScrollBar1.Position].hist[i]*exp(strtofloat(edit7.text)*ln(i)));

end;

{procedure TForm1.CheckBox3Click(Sender: TObject);

begin

series3.Active:= checkbox3.Checked;

end;

procedure TForm1.CheckBox4Click(Sender: TObject);

begin

Series4.Active:= Checkbox4.Checked;

end;}

procedure TForm1.Button3Click(Sender: TObject);

var i, j, t: integer;

begin

series1.Clear;

if CheckBox3.Checked then

begin

ConvertHist;

for i:= 0 to HistCount-1 do

begin

t:= 0;

for j:= 0 to CountOfParts -1 do

t:= t+TempHist[j,i];

series1.AddXY((sqrt(Threshold)+i*TempCount),t*exp(strtofloat(edit7.text)*ln(sqrt(Threshold)*2+i*TempCount*2)));

end;

end else

for i:= 1 to 99 do

begin

t:= 0;

for j:= 0 to CountOfParts -1 do

t:= t+ArrayOfHists[j].hist[i];

series1.AddXY(i*2,t*exp(strtofloat(edit7.text)*ln(i)));

end; end;

procedure TForm1.FormMouseWheelDown(Sender: TObject; Shift: TShiftState;

MousePos: TPoint; var Handled: Boolean);

begin

chart1.ZoomPercent(chart1.View3DOptions.Zoom+5);

end;

procedure TForm1.FormMouseWheelUp(Sender: TObject; Shift: TShiftState;

MousePos: TPoint; var Handled: Boolean);

begin

chart1.ZoomPercent(chart1.View3DOptions.Zoom-5);

end;

procedure TForm1.CheckBox1Click(Sender: TObject);

begin

Chart1.UndoZoom;

Chart1.Axes.Bottom.Logarithmic:= CheckBox1.Checked;

Chart1.Refresh;

end;

procedure TForm1.CheckBox2Click(Sender: TObject);

begin

Chart1.UndoZoom;

Chart1.Axes.Left.Logarithmic:= CheckBox2.Checked;

Chart1.Refresh;

end;

procedure TForm1.Button7Click(Sender: TObject);

begin

ConvertHist;

end;

end.

4.2 Результаты измерений

Определение реального диаметра капель проводилось следующим образом. В шприц с иглами, разных диаметров набиралась вода и проводились измерения количества, упавших капель за 10 минут, с помощью разработанного счетчика. Вода собиралась в нормировочный стакан, с помощью, которого мерялся объем воды, исходя из чего, определялся средний диаметр капли.

Рисунок 3.2.1. Распределение по размерам капель. Длительность 1 минута.

Рисунок 3.2.2. Распределение по размерам капель. Длительность 1 минута.

Рисунок 3.2.2. Распределение по размерам капель. Длительность 1 минута.

Рисунок 3.2.3. Распределение по размерам капель. Длительность 1 минута.

4. Безопасность жизнедеятельности

4.1 Анализ опасных и вредных факторов, возникающих при эксплуатации лазерного измерителя параметров дождевых капель

При эксплуатации прибора возникают следующие опасные и вредные факторы по ГОСТ 12.0.003.-74* [10]:

-Опасность поражения электрическим током.

Питание прибора осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В и f=50 Гц. Из-за чего возникает опасный уровень напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека. Опасность поражения электрическим током возникает при: контакте человека с поврежденным участком кабеля питания, при пробое высокого напряжения на корпус прибора или компьютера. Поражение электрическим током возможно при прикосновении разработчика к двум точкам цепи находящимися под напряжением. Опасность такого прикосновения, оцениваемая значением тока, проходящего через тело разработчика, или напряжением прикосновения, зависит от схемы включения человека в цепь, напряжения сети, схемы сети. По степени опасности поражения электрическим током помещение является малоопасным по ПУЭ-98 [11].

-Недостаточная освещенность рабочей зоны

Недостаточная освещенность рабочей зоны обусловлена: недостаточной мощностью осветительных приборов; недостаточным количеством осветительных приборов. Недостаточная освещенность приводит к повышенной утомляемости человека, проводящего измерения на установке, что снижает работоспособность.

-Несоответствие параметров рабочего места требованиям эргономики.

При работе с прибором, эргономика пользователя имеет важное значения, т.к. при несоответствии рабочего места требованиям эргономики, возникают проблемы с правильной эксплуатацией прибора, а так же появляется физический дискомфорт пользователя.

-Повышенный уровень лазерного излучения

Степень воздействия лазерного излучения на оператора зависит от физических и технических лазерных характеристик: длительности и периодичности импульсов, энергии излучения, времени облучения, длины волны, площади облучаемой поверхности. Биологический эффект лазерного облучения зависит как от вида воздействия излучения на ткани организма, так и от биологических и физико-технических особенностей самих тканей и органов. Лазерное излучение с длиной волны видимой области спектра наиболее опасно для сетчатки глаза. Повреждение кожи может быть вызвано лазерным излучением любого спектра. ПДУ лазерного излучения устанавливаются для двух условий облучения: однократного и хронического. Энергетическая экспозиция Н и облученность Е, усредненные по ограничивающей апертуре являются нормируемыми параметрами лазерного излучения.

Для определения предельно допустимых уровней Н_пду и Е_пду при воздействии лазерного излучения на кожу усреднение производится по ограничивающей апертуре диаметром 1,1·10³ м (площадь апертуры Sа=10⁶ м²).

Определение предельно допустимых уровней Н_пду при воздействии на глаза лазерного излучения в видимом диапазоне усреднение производится по апертуре диаметром 7·10^-3 м.

Наряду с энергетической экспозицией и облученностью нормируемыми параметрами являются также энергия W и мощность Р излучения, прошедшего через ограничивающие апертуры.

При оценке воздействия на глаза лазерного излучения в диапазоне II нормирование энергии и мощности лазерного излучения, прошедшего через ограничивающую апертуру диаметром 7·10^-3 м, является первостепенным.

Указанные выше энергетические параметры связаны соотношениями по СН 5804-91[12]:

,(4.1)

где - энергия излучения, прошедшего через ограничивающую апертуру , Дж

,(4.2)

где - мощность излучения, прошедшего через ограничивающую апертуру , Вт

Соотношения для определения классов лазеров по степени опасности генерируемого излучения по СН 5804-91 (Таблица 4.1)

Таблица 4.1 Класс лазера по степени опасности генерируемого излучения

Спектральный Интервал, нм	Класс опасности	Режим генерации излучения
		Непрерывное излучение
1	2	3
600<л?750	I	P(t)?PПДУ(t), если dП?7 мм
	II	P(t)?8·102·РПДУ(t)
	III	P(t)?ПИ·104 ·PПДУ(t)
	IV	P(t)>ПИ·104·РПДУ(t)

Продолжительность воздействия непрерывного излучения в диапазоне 600<л?750 нм принимается равной 0,25 с (время мигательного рефлекса);

Соотношения для определения Р_ПДУ при однократном воздействии на глаза параллельного лазерного излучения в спектральном диапазоне 600<л?750 нм при продолжительности облучения t>10⁴ с и ограничивающей апертуре - 7·10^-3 м:

Р_ПДУ = 2,0·10^-6 Вт

Таким образом, согласно таблице 3.2, лазер относится ко II классу, т.к выполняется условие P(t)?8·10²·Р_ПДУ(t): 20·10^-6 ?1600·10^-6

Лазеры II класса - это лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении кожи или глаз человека параллельным пучком, диффузно отраженное излучение безопасно для кожи и для глаз.

Предельно допустимый уровень облученности при однократном воздействии на глаза найдем по формуле (3.4)

Для нахождения предельно допустимого уровня энергии P_ПДУ параллельного или рассеянного лазерного излучения при хроническом воздействии на глаза необходимо уменьшить в 10 раз соответствующее предельное значение для однократного воздействия. Предельно допустимый уровень энергии излучения в данном случае P_ПДУ = 2,0·10^-7 Вт

Предельно допустимый уровень облученности при хроническом воздействии на глаза:

Определим W_ПДУ при однократном воздействии на глаза параллельного лазерного излучения в спектральном диапазоне 600<л?750 нм при продолжительности воздействия менее 1 с и ограничивающей апертуре

7·10^-3м, используя следующую формулу:

 (4.3)

Предельно допустимый уровень энергетической экспозиции при однократном воздействии на глаза найдем по формуле (4.3)

Для нахождения предельно допустимого уровня энергии W_ПДУ параллельного или рассеянного лазерного излучения при хроническом воздействии на глаза необходимо уменьшить в 10 раз соответствующее предельное значение для однократного воздействия. Предельно допустимый уровень энергии излучения в данном случае W_ПДУ = 4,8·10^-6 Дж.

Связь наличия опасных и вредных производственных факторов с классом лазера по СН 5804-91 показана в таблице 4.2.

Таблица 4.2 Опасные и вредные производственные факторы для лазеров II класса

	Класс лазера (лазерной установки)
	II
Лазерное излучение: прямое, зеркально отраженное Повышенное напряжение электропитания	+ +

При юстировке прибора оператор имеет дело с диффузно отраженным излучением. Если источником неколлимированного (рассеянного или диффузно отраженного) излучения является протяженный объект, предельно допустимые значения энергии и мощности зависят от видимого углового размера этого источника. Пучок лазерного излучения сужается оптической системой до диаметра d_п = 2 · 10^-2 м. Поток излучения направлен перпендикулярно плоской диффузно отражающей поверхности. Точка наблюдения расположена на прямой, проходящей через центр облучаемой площадки под углом = 30°. Расстояние от поверхности до точки наблюдения l = 0,5 м. Значения и в этом случае находятся умножением значений W_пду и Р_пду для коллимированного излучения на поправочный коэффициент B:

; (4.4)

; (4.5)

Коэффициент B находится по формуле:

; (4.6)

где - угловой размер протяженного источника; Угловой размер источника диффузионного излучения рассчитывается по формуле:

;(4.7)

где - диаметр пучка; - угол между осью визирования и нормалью к отражающей поверхности; l - расстояние от поверхности до точки наблюдения.



Отсюда для диффузно отраженного излучения при однократном воздействии на глаза:

Вт

При хроническом воздействии на глаза:

Вт

Использование ЛОЗ позволяет обезопасить обслуживающий персонал и лиц, не связанных с эксплуатацией лазерной установки, а также избежать больших ограничений, затрудняющих работу с установкой.

Расчет длины лазеро-опасной зоны для диффузно отраженного излучения.

Длина лазеро-опасной зоны при однократном воздействии на глаза определяется по формуле:

,(4.8)

где - удельный коэффициент отражения, =0,65

Длина лазеро-опасной зоны при хроническом воздействии на глаза:

Чрезвычайные ситуации.

-Возникновение чрезвычайной ситуации пожароопасность[13].

При эксплуатации прибора, могут возникнуть пожары из-за: перегрева элементов, короткого замыкания в электрической схеме или воспламенения вследствие перегрузки. Такая опасность возникает из-за радиодеталей в электрических схемах прибора, а также из-за печатных плат, выполненных из фольгированной стеклотекстолиты на основе эпоксидных смол, которые могут возгораться от сильно перегретых радиодеталей. Категория помещения по степени пожароопасности определяется по удельной пожарной нагрузке по формуле (4.9)[14]:

, (4.9)

где - пожарная нагрузка, МДж; - количество i-го материала в пожарной нагрузке, кг; - низшая теплота сгорания i-го материала в пожарной нагрузке, МДж/кг.

Таблица 4.3 Виды пожароопасных материалов, имеющихся в помещении

Материал	()	()
ДСП	40	16.6
Шторы	5	15.7
Линолеум	50	33.5

Исходя из таблицы (3.3), пожарная нагрузка составляет по формуле (3.9)

Удельную пожарную нагрузку определим по формуле (3.10)

,(3.10)

где - площадь размещения пожарной нагрузки,

По степени пожароопасности помещение относится к категории В₄, т.к по НПБ 105-03 для В4 удельная пожарная нагрузка укладывается в диапазон от 1 до 180 .

4.2 Разработка мер безопасности при эксплуатации лазерного измерителя

4.2.1 Обеспечение электробезопасности разработчика

Для того, чтобы обеспечить недоступность токопроводящих частей прибора для случайного прикосновения, все основные части прибора не имеют открытых токопроводящих деталей и выполнены в виде полностью закрытых узлов в корпусах с надежной изоляцией.

4.2.2 Санитарно-гигиеническая характеристика лаборатории

Для оператора площадь одного рабочего места составляет 4,5 м², а объем 15 м³, внутренняя отделка интерьера состоит из диффузно-отражающих материалов с коэффициентом отражения для потолка - 0,7; для пола - 0,5. Поверхность пола ровная, без выбоин, нескользкая, удобная для чистки и для влажной уборки, обладает антистатическими свойствами. Цветовое оформление помещения направлено на улучшение санитарно-гигиенических условий труда, повышение его производительности и безопасности. Окраска помещений влияет на нервную систему человека, его настроение и в конечном счете на производительность труда. Основные производственные помещения окрашиваются в соответствии с цветом технических средств.

Естественное освещение осуществляется через светопроемы, ориентированные преимущественно на север и северо-восток и обеспечивает коэффициент естественного освещения (КЕО) 1,5%. Искусственное осуществляется системой общего равномерного освещения. Нормы для искусственного освещения составляют: Освещенность - 500 лк.; Показатель дискомфорта (М) - не более 40; Коэффициент пульсации освещенности (К_П) - не более 10% по СНиП 23-05-95.[15]

Прямая блесткость от источников освещения ограничивается светильниками, при этом яркость светящихся поверхностей (окна, светильники и др.), находящихся в поле зрения, не превышают 200 кд/м². Ограничивается неравномерность распределения яркости, при этом соотношение яркости между рабочими поверхностями находится в пределах 3:1 - 5:1, а между рабочими поверхностями и поверхностями стен и оборудования 10:1.

Для создания равномерной освещенности рабочих мест при рабочем освещении светильники встраиваются непосредственно в потолок помещения и располагаются в равномерно прямоугольном порядке. Работу с указанной системой по энергозатратам можно отнести к категории легкая - 1а. Система кондиционирования обеспечивает для этой категории работ нормы микроклимата по СанПин 2.2.4.548-96. Оптимальными нормами для холодного периода года являются: температура воздуха 22-24єС; относительная влажность воздуха 40-60%; скорость движения воздуха не более 0,1 м/с.

Оптимальными нормами для теплого периода года являются: температура воздуха 23-25єС; относительная влажность воздуха 40-60%; скорость движения воздуха не более 0,1 м/с.[16]

Для I категории работ в соответствии с СанПин 2.2.2/2.4 1340-2003[17] при 8-ми часовой рабочей смене суммарное время регламентированных перерывов составляет 50 минут. При 8-ми часовой рабочей смене регламентированные перерывы устанавливаются для I категории работ через 2 часа от начала рабочей смены и через 2 часа после обеденного перерыва продолжительностью 15 минут каждый.

При работе, с интервалом в 25 минут выполняется комплекс упражнений для глаз, который служит профилактикой зрительного утомления. Во время регламентированных перерывов, с целью снижения нервной и эмоционального напряжения, устранение влияния гиподинамии и гипокинезии, предотвращения развития познотонического утомления следует выполнять комплексы упражнений. При эксплуатации прибора, соблюдается следующий режим труда и отдыха: работа 20-25 минут, а потом 5-минутный перерыв с упражнениями для плеч, глаз и кистей рук.

4.2.3 Организация рабочего места оператора

Оператор выполняет работу в двух положениях: стоя и сидя в соответсвии с требованиями ГОСТ 12.2.032-93[18] и ГОСТ 12.2.033-78[19]. Рабочее место организуется для обеспечения оператору физически рациональной позы, а также при работе сидя возможности свободно вставать и передвигаться около стола, на котором расположен прибор (Рисунок 4.1). Комфортабельным рабочим местом должно быть такое, которое можно приспособить не менее чем для двух позиций, при этом положение кресла, прибора и периферийных устройств должны каждый раз соответствовать выполняемой работе и привычкам (Рисунок 4.2)



Рисунок 4.1 Схема организации рабочего места оператора

Рисунок 4.2 Схема расположения технических средств на рабочем месте при постоянной работе

Оптимальным положением для работающего будет рабочее место, в котором рабочее пространство рабочего места будет на высоте 750 мм. над полом. Расстояние между высотой рабочей поверхности и креслом оператора составляют 280 мм, а высотой стула составляет 470 мм. Рабочий стол имеет пространство для ног высотой 600 мм, шириной -500 мм, глубиной на уровне колен - 450 мм и на уровне вытянутых ног -650 мм.

Важной частью рабочего места в положении сидя является стул, который обеспечивает пользователю наиболее удобную рабочую позу, соответствующую характеру и условиям труда. Стул используется подъемно-поворотный, регулируемый по высоте и углам наклона сиденья и спинки, а также расстоянию спинки от переднего края сиденья, при этом регулировка каждого параметра независимая, легко осуществляется и имеет надежную фиксацию. Стул имеет полумягкую, с нескользящим, слабо электризующимся и воздухопроницаемым покрытием, обеспечивающим легкую чистку от загрязнений поверхность сиденья, спинки и других элементов.

Рабочий стул имеет ширину и глубину поверхности сиденья 400 мм; поверхность самого сиденья с закругленным передним краем; регулировка высоты поверхности сиденья осуществляется в пределах 400 - 550 мм и углам наклона вперед до 15 град. и назад до 5 град.; высота опорной поверхности спинки регулируется в диапазоне 300 +/- 20 мм, ширина составляет 380 мм и радиус кривизны горизонтальной плоскости - 400 мм; угол наклона спинки в вертикальной плоскости регулируется в пределах +/- 30 градусов; регулировка расстояния спинки от переднего края сиденья можно регулировать в пределах 260 - 400 мм; стационарные или съемные подлокотники длиной 250 мм и шириной - 50 мм; регулировка подлокотников по высоте над сиденьем можно изменять пределах 230 +/- 30 мм и внутреннего расстояния между подлокотниками в пределах 350 - 500 мм.

4.2.4 Меры безопасности при эксплуатации лазера

Конструкция лазерных изделий обеспечивает защиту персонала от лазерного излучения и других опасных и вредных производственных факторов. Лазер имеет защитный корпус (кожух). Защитный корпус (кожух) или его части, снимаемые при техническом обслуживании и открывающие доступ к лазерному излучению и высокому напряжению в цепях электропитания, снабдим защитной блокировкой. Все оптические системы наблюдения (окуляры, смотровые окна, экраны) обеспечивают снижение энергии (мощности) проходящего через них излучения до предельно допустимых уровней.

Линзы и делители пучков жестко закреплены для предотвращения случайных зеркальных отражений излучения лазерных изделий II класса в рабочую зону [20].

4.2.6 Меры по обеспечению пожарной безопасности

В данной установке используются игольчатые радиаторы и теплопроводящая паста КПТ - 8, а также в корпусе прибора имеются отверстия и пазы для естественного воздушного охлаждения.

Это служит для предотвращения загорания электромонтажной платы и всего прибора в целом от перегрева радиодеталей.

В качестве защиты от короткого замыкания используются плавкий предохранитель.

Т.к. потребляемый ток прибора не превосходит 5А, в приборе используем предохранители на 15А, т.е. с запасом в 2,5 раза.

Согласно требованиям НПБ 105-2003, помещение снабжается первичными средствами пожаротушения и пожарной сигнализацией. Устанавливается в специальных держателях самосрабатывающий огнетушитель типа ОСП - 1, предназначенный для тушения пожаров в небольших помещениях без участия человека.

Огнетушитель устанавливается над возможным очагом загорания на высоте от 0,1 до 2,6 м в зависимости от особенностей защищаемого объекта.

4.3 Эксплуатация прибора в системе экологического мониторинга

Разрабатываемый прибор может использоваться в различных областях науки и техники, в частности в области экологического мониторинга, схема которого приведена на рисунке 3.3.

Размещено на http://www.allbest.ru/

92

Рисунок 4.3. Схема экологического мониторинга

Экологический мониторинг, согласно Федеральному закону РФ об экологическом мониторинге, представляет собой информационную систему для наблюдения и прогнозов измерений в окружающей среде для выделения антропогенной составляющей на фоне природных процессов. Основные цели экологического мониторинга состоят в обеспечении системы управления природоохранной деятельности и экологической безопасности своевременной и достоверной информацией, позволяющей:

- оценить показатели состояния и функциональной целостности экосистем и среды обитания человека;

- выявить причины изменения этих показателей и оценить последствия таких изменений, а также определить корректирующие меры в тех случаях, когда целевые показатели экологических условий не достигаются;

- создать предпосылки для определения мер по исправлению возникающих негативных ситуаций до того, как будет нанесен ущерб.

Исходя из этих трех основных целей экологический мониторинг должен быть ориентирован на ряд показателей: соблюдения диагностики и раннего предупреждения.[21]

Кроме приведенных выше основных целей экологический мониторинг может быть ориентирован на достижение специальных программных целей, связанных с обеспечением необходимой информацией организационных и других мер по выполнению конкретных природоохранных мероприятий, проектов, международных соглашений и обязательств государств в соответствующих областях.

Основные задачи экологического мониторинга:

1. наблюдение за источниками антропогенного воздействия;

2. наблюдение за факторами антропогенного воздействия;

3. наблюдение за состоянием природной среды и происходящими в ней процессами под влиянием факторов антропогенного воздействия;

4. оценка фактического состояния природной среды;

5. прогноз изменения состояния природной среды под влиянием факторов антропогенного воздействия и оценка прогнозируемого состояния природной среды.

С помощью прибора можно следить за важной оценкой экологического мониторинга - оценкой фактического состояния природной среды.

Измеритель параметров дождевых капель - устройство, предназначенное для определения типа и распределения по размерам частиц осадков. Основное практическое применение такой прибор находит в области метеорологии и погодных исследований. Таким образом разрабатываемый прибор войдет в комплекс измерительных средств по экологическому мониторингу, что позволит увеличить точность экологических прогнозов.

5. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

5. 1 Актуальность темы и постановка исследования

-Актуальность темы.

Определение типа осадков, их интенсивности и структуры, является важной задачей метеорологии. Современная метеорологическая станция не обходится без приборов, обеспечивающих получение точной и оперативной информации об осадках. В международной практике такие устройства принято называть дисдрометрами. Актуальность данной дипломной работы обусловлена прежде всего тем, что несмотря на широкий ассортимент приборов, пока не существует дешевых и одновременно эффективных методов решения поставленных задач. Поэтому исследования в данной области так востребованы на сегодняшний день. Ниже рассмотрены методы работы существующих приборов, их плюсы и минусы. Существует три метода работы дисдрометров: контактные, радиолокационные и оптические.

Контактные методы.

Задача определения размеров падающих капель решалась многими зарубежными и отечественными исследователями. Одними из первых стали появляться ударные измерители микроструктуры осадков. В основе работы устройств данного типа лежит принцип измерения размера частицы при непосредственном контакте с твердой чувствительной поверхностью - например, зонд Стаббса. Такой прибор может быть использован в лаборатории и в ряде других применений, где необходимо производить одиночные измерения, поскольку осуществление многократных длительных выборок затруднительно в связи с тем, что погрешность растет пропорционально длине выборки. Это связано с накоплением паразитного заряда на наконечнике чувствительного элемента. Также устройства, предложенные Стаббсом, относительно сложны и требуют использования и высокого напряжения. Применимость таких устройств ограничена тем, что точно измерены и обнаружены, могут быть только полностью разряженные частицы, что далеко не выполняется на практике, ведь при падении через атмосферу дождевые капли приобретают статистический заряд.

Известным примером устройства контактного типа является цифровой дисдрометр со струнным датчиком, представленным Денисом П. Доннели, в США в 1984 г. В отличие от зонда Стаббса, данный прибор обладает преимуществом прямого измерения, прост по конструкции и относительно недорог для производства. Но основным минусом является контактный тип измерения, что налагает ряд ограничений при эксплуатации прибора.

Уже в последнее время в метеорологических лабораториях всего мира очень широкое распространение получили дисдрометры ударного типа с электромагнитным датчиком Определение размера капель в таких измерителях производится в момент удара падающей капли воды о горизонтальную контактную поверхность.

Диапазон измеряемых диаметров капель - 0,3-0,5 мм. При этом производители обещают абсолютную погрешность измерений не более 5%. Данный прибор привлекает своей компактностью, особенно это замечание касается внешнего блока (датчика), а также возможностью измерений при относительно большом удалении датчика от блока процессора и компьютера (порядка нескольких сот метров).

Однако, применение данного класса приборов сильно ограничивается невозможностью измерения твердых осадков, снега и града, а также капель обычного дождя, диаметр которых колеблется в диапазоне от 1мм до 6 мм.

Радиолокационные методы дистанционного измерения интенсивности осадков. Доплеровские метеорологические станции.

Задача восстановления микроструктуры осадков существует в области радиолокационной метеорологии уже достаточно давно. Для ее решения используются непрерывные доплеровские метеорологические станции. наиболее широко известным и применяемым на сегодняшний день можно считать микрорадар марки MRR - 2 фирмы METEK. Принцип измерения основан на соотношении между размером частиц осадков и скоростью их падения. Т.к. приборы данного типа усредняют результаты, за счет монотонности дождя, то это невыгодно для оперативного получения результатов и свидетельствует об ограничении данного типа установок по характеристике разрешающей способности определения микроструктуры осадков во времени.

Оптические методы дистанционного определения микроструктуры осадков.

Оптические дисдрометры.

Оптические методы относятся к бесконтактным дистанционным методам определения микроструктуры осадков. На основе данных методов создан наиболее широкий спектр метеорологического оборудования по контролю над осадками. Все они представляют собой 3 класса приборов, основанных на различных принципах измерения:

· оптические системы видеонаблюдения;

· оптические дисдрометры затенения;

· оптические измерители комбинированного типа.

Первый тип устройств основан на применении системы видеодатчиков для регистрации падающих капель 2D - VIDEO - дисдрометр. Данный прибор был разработан в исследовательском центре JOANNEUM RESEARCH. Принцип действия 2D - Video дисдрометра заключается в съемке капли в момент ее пролета через измерительную площадку Основное преимущество 2D - Video дисдрометров заключается в возможности получать фотоснимки падающих частиц осадков, т.е. рассматриваются все детали их мгновенной формы, такие, какие они есть в реальных условиях. Однако использование видеокамер влечет за собой ряд существенных недостатков. Во - первых, очень высокая стоимость оборудования. Во - вторых, поскольку принцип действия рассмотрен в обработке видеоизображений, в этом случае точность измерений микроструктуры осадков напрямую зависит от разрешающей способности видеокамеры, для 2D - Video дисдрометра эта величина разрешения по горизонтали и вертикали порядка 0,3 мм, что нельзя отнести к высокому показателю в системах максимального измерения микроструктуры.

К следующему типу оптических измерителей микроструктуры осадков относятся приборы, работающие по принципу затенения. В большинстве своем это устройства, работающие на основе применения лазерного источника света (например, лазерного диода л=780 нм). Принцип измерения таких устройств заключается в следующем. Лазерный диод формирует луч, представляющий собой параллельный пучок света рис 6, поступающий напрямую на фотодиод. Частица, падающая через такой луч, вызывает его частичное затенение, при этом изменяется величина потока света, приходящего на приемник. Это изменение регистрируется фотодиодом и преобразуется в электрический импульс, амплитуда которого фиксируется, и переводится в цифровой код в схеме обработки сигнала. Особенностью лазерных дисдрометров является то, что толщина луча (в данном случае h = 0,75 мм) намного меньше диаметров частиц, поэтому значение выходного измеряемого сигнала будет пропорционально горизонтальному диаметру частицы в момент ее пролета через луч. Это свойство довольно невыгодно сказывается на общей погрешности измерений, поскольку при регистрации осциллирующих капель в момент их пролета через луч величина горизонтального сечения капель может изменяться на величину до 20%, при фиксированном эффективном диаметре, что является прямым вкладом в погрешность измерений. С технической точки зрения, применение тонкого лазерного луча влечет за собой повышение частоты модуляции сигнала (до 175 МГц), и использовать диод в режиме работы близком к пиковому. Это довольно невыгодно, увеличивается влияние температуры, и приводит к применению более дорогостоящих компонентов.

- Постановка исследования.

В рамках дипломной работы предполагается создать лазерный измеритель параметров капель. Разрабатываемый прибор позволит измерять диаметры капель от 1мм до 6 мм, что является стандартным диаметром капель для дождей в умеренной полосе.

Параметры лазерного дальномера:

в качестве излучателя применяется полупроводниковый лазер

длина волны излучения - 0,65 мкм;

мощность импульса - 20 мВт;

Применение в качестве измерителя полупроводникового лазера позволяет снизить стоимость прибора.

Приемная часть в силу прямого измерения и благодаря обработке результатов на персональном компьютере значительно упрощается и ее стоимость так же снижается.

5.2 Расчет экономических затрат

- Расчет затрат на покупные изделия

Затраты на покупные изделия определяются по формуле:

З_ПИ=Q·Ц·К,(5.1)

где З- затраты на покупные изделия, руб.;

Q- количество покупных изделий, шт.;

Ц- действующая в планируемом периоде цена на покупные изделия, руб.;

К- коэффициент транспортно-изготовительных расходов, равный 10% от стоимости покупных изделий, руб..

Расчет затрат на покупные изделия представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 Расчет затрат на покупные изделия

№ п/п	Наименование	Количество,шт.	Цена руб./ед.	Сумма, руб.
1	Канцелярские принадлежности	общее	200	200,00
2	Бумага (формата А4)	1 пачка	150,00	150,00
3	Бумага формата А1)	9 листов	20	180
4	Картридж для принтера	1	1500,00	1500,00
5	CD-RW диск	1	20,00	20,00
6	Лазерный диод	1	600	600
7	Фотодиод	1	270	270
Итого:	3125,00
Транспортные расходы (10% от затрат на материалы)	312,5
Итого с учетом транспортных расходов		3437,5

-Затраты на заработную плату исполнителей

Заработная плата основных исполнителей включает в себя основную и дополнительную заработные платы всех работников, участвующих в разработке и реализации технологического процесса сборки и юстировки.

- Расчет основной заработной платы исполнителей

Основную заработную плату можно рассчитать по формуле:

ЗП=F·t, (5.2)

где ЗП- основная заработная плата исполнителей, руб,;

-Расчет дополнительной заработной платы исполнителей

Дополнительная заработная плата определяется в процентах от основной заработной платы. А так же дополнительная заработная плата составляет 12% от основной заработной платы.

-Отчисления на социальные нужды

Отчисления на социальные нужды принемаются в процентном отношении от суммы основной и дополнительной заработной платы и составляет 26%.

Расчет затрат на заработную плату исполнителям приведен в таблице 5.2.

Таблица 5.2 Расчет затрат на заработную плату исполнителей с учетом начислений.

№ п/п	Наименование должности исполнителей	Основная заработная плата с начислениями, руб.
1	Руководитель	27500,00
2	студент	5000
Итого основная заработная плата	32500
Дополнительная заработная плата 12%	3900,00
Отчисления на социальные нужды 26%	9464,00

-Затраты на электроэнергию

Затраты на электроэнергию рассчитывается по формуле:

Е_э=?N_i·T_эi·Ц_э, (5.3)

где Е_э- сумма затрат на электроэнергию, руб.;

N_i- мощность оборудования, кВт;

T_эi- время использования оборудования, ч.;

Ц_э= 4 руб.- цена одного кВт-час/руб.

Расчет затрат на электроэнергию приведен в таблице 5.3.

При том количество израсходованной электроэнергии (кВт-ч) было определено только для периода, в течение которого выполнялась дипломная работа.

-Затраты связанные с работой оборудования (амортизация оборудования установки)

Затраты на амортизацию оборудования определяется по формуле:

А=Ц·Н_А·Т/(100·12), (5.4)

где Ц- цена оборудования, руб.;

Н_А- годовая норма амортизации, составляет 13%;

Т- время использования оборудования, мес.

Расчет затрат на амортизацию оборудования приведен в таблице 5.4.

Таблица 5.3 Расчет затрат на электроэнергию

№ п/п	Наиме-нование обору-дования	Мощность электро- оборудования, кВт	Время исполь-зования обору-дования, ч	Количество электро-энергии, кВт-час	Цена одного кВт-ч,руб	Сумма затрат на электро-энергию, руб
1	Ноутбук	0,4	240,0	96	4	384,00
2	Принтер	0,1	10	1	4	4,00
3	Лазерный измеритель	0,005	100	0,05	4	2,00
4	АЦП	0,02	100	0,2	4	8,00
Итого						398,00

Таблица 5.4 Расчет затрат на амортизацию оборудования

№ п/п	Наименование электро-прибора и оборудования (полное)	Стоимость единицы прибора или оборудования, руб.	Время использования оборудования, мес(дн)	Норма амортиза-ционного оборудования,%	Сумма амортиза-ционных отчислений, руб.
1	Ноутбук	24000	10(1540)	13	2600
2	АЦП	7000	10(880)	13	759
3	Принтер	5000	10(660)	13	541,66
4	Лазерный измеритель	10000	10(1026)	13	1083
Итого					4983,66

-Прочие расходы

Прочие расходы включают в себя следующие затраты: оплата работ и услуг других предприятий и организаций по разработке, изготовлению и проведению испытаний опытных образцов, расходы по оплате консультаций, экспертиз, вычислительных работ и т.д. Прочие затраты составляют 10% от суммы затрат на всю работу.

-Смета затрат на разработку программы (Зпр)

В таблице 5.5. представлена смета затрат на разработку программы.

Таблица 5.5 Смета затрат на разработку программы

№ п/п	Элементы затрат	Сумма, руб
1	Затраты на покупные изделия	3437,5
2	Затраты на электроэнергию	398,00
3	Основная заработная плата исполнителей	32500
4	Дополнительная заработная плата 12%	3900,00
5	Отчисления на социальные нужды 26%	9464,00
6	Амортизационные отчисления	4983,66
7	Прочие расходы 10%	5468,316
Итого (Зпр):		60151,476

5.3 Определение технико-экономических показателей работы

Годовой экономический эффект - разность приведенных затрат по базовому и проектному вариантам.

Годовой экономический эффект определяется по формуле:

Э_г=З_баз-З_пр, (5.5)

где Э_г- годовой экономический эффект, руб.;

З_баз, З_пр- приведенные затраты по базовому (на преддипломной практике) и проектному вариантам соответственно, руб.;

З_баз- это приведенные затраты, которые ранее составляли 62845,2руб.- взяты данные на преддипломной практике.

Следовательно Э_г=62845,2-60151,476=2693,724руб.

В итоге годовой экономический эффект, равен 2693,72руб. Он получен за счет использования программного обеспечения, что позволило сократить время, затрачиваемое на расчет.

Таблица 5.6 Основные технико-экономические показатели проекта

№ п/п	Наименование Показателей	Базовый вариант, руб.	Проектный вариант, руб.
1	2	3	4	5
1	Затраты на покупные изделия	4500,00	3437.5	76,38
2	Энергозатраты	568,00	398,00	70,072
3	Основная заработная плата исполнителей	32500	32500	100
4	Дополнительная заработная плата исполнителям 12%	3900,00	3900,00	100
5	Отчисления на социальные нужды 26%	9464,00	9464,00	100
6	Амортизационные отчисления	6200,00	4983,66	80,38
7	Прочие расходы 10%	5713,2	5468,316	93,6
8	Годовой экономический эффект	2693,724

Заключение

В данной дипломной работе был разработал лазерный измеритель параметров дождевых капель, работающий в проходящем свете. В конструкторском разделе выбрана оптическая схема прибора, произведен габаритный, энергетический и точностной расчет. В технологическом разделе рассмотрено влияние подвижек оптических элементов на положение изображения, создаваемое приемной оптической системой. В исследовательском разделе представлен исходный текст программы, отвечающие за обработку записанных данных. В разделе БЖД были рассмотрены опасные и вредные факторы, возникающие при работе с используемым лазерным модулем, а также использование лазерного измерителя в системе экологического мониторинга. В организационно-экономическом разделе произведен расчет себестоимости прибора и рассмотрена актуальность темы и постановка исследования.

схема параметр лазер измеритель дождь капля

Список использованных источников

1. Глущенко А.С. Исследование оптических свойств дождевых капель и разработка измерительных средств дистанционного определения микроструктуры осадков .// Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва,2007г,15с.

2. Якушенков Ю.Г. «Теория и расчет оптико-электронных приборов», М.; 2009 г.

3. Кругер М.Я. «Справочник конструктора оптико-механических приборов»

4. Ландсберг Г.С. «Оптика»,М.;1976 г.

5. Пахомов И.И., Рожков О.В., Рождествин В.Н. «Оптико-электронные квантовые приборы», Радио и связь, 1982 г.

6. Фукс-Рабинович Л.И., Епифанов М.В. «Оптико-электронные приборы», Машиностроение , 1979 г.

7. Мосягин Г.М., Немтинов В.Б., Лебедев Е.Н. «Теория оптико-электронных систем», М.; 2009 г.

8. Ишанин Г.Г., Панков Э.Д. «Источники и приемники излучения», Политехника, 2006 г.

9. Крылов К.И., Прокопенко В.Т., Тарлыков В.А. «Основы лазерной техники», Л.; 2007г.

10. ГОСТ 12.0.003-74*. ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация.

11. ПУЭ-98 "Правила устройства электроустановок". М.: Энергоатомнадзор, 2008 г.

12. СН 5804-91. Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров

13. ГОСТ 12.1.004-91. ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования

14. НПБ 105-03. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности. - М.: ГУ ГПС МЧС РФ,200/г

15. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования.

16. СанПин 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений М:. Минздрав России, 2006г.

17. СанПин 2.2.2.2/2.4 1340-2007. Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работ с ними. М:. Федеральный центр госсанэпидемнадзора Минздрава России. 2007г.

18. ГОСТ 12.2.032-93. ССБТ. Рабочее место при выполнении работ сидя. Общие эргономические требования.

19. ГОСТ 12.2.033-78. ССБТ. Рабочее место при выполнении работ стоя. Общие эргономические требования.

20. Кирилов А.И., Морсков В.Ф. «Дозиметрия лазерного излучения»,М.: Радио и связь, 2007 г.

21. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. -- М.: Гидрометеоиздат, 2008.

Размещено на Allbest.ru