Радиотехническая аппаратура высокоточного контроля геометрической формы плотин гидроэлектростанций

Оценка конкурентоспособности разрабатываемой системы выполняется по системе показателей с оценкой их значимости.

Для определения значимости параметров качества изделия может быть использована матрица смежности, в которой осуществляется попарно сравнение параметров изделия (каждый с каждым), но не по величине, а по их значению, влиянию на качество, технический уровень, потребительские свойства изделия.

Новая разработка и аналоги обладают следующим набором характеристик:

1. Стоимость затрат на реализацию метода (Х₁);

2. Инструментальная точность определения смещения (Х₂);

3. Влияние погодных условий на точность метода (Х₃);

4. Универсальность метода (Х₄);

5. Скорость определения смещения (Х₅);

Сравнивая попарно все параметры, составляют квадратную матрицу смежности (таблица 1), где знаки >, < = заменяются коэффициентами предпочтительности а_i (соответственно: 1.5, 0.5, 1.0).

Заполняя матрицу, определим значения абсолютной значимости параметра (B_i) и относительной значимости параметров (B'_i). B_i определяется построчным суммированием коэффициентов предпочтительности (а_j). Сумма B_i (по столбцу) должна быть равна квадрату числа анализируемых параметров. Значение B'_i определяется отношением абсолютной значимости соответствующего параметра (B_i) к сумме абсолютных значимостей параметра в целом (B).

Таблица 1 - Расчет значимости параметров системы

	Х1	Х2	Х3	Х4	Х5	Вi	B'i
Х1	= 1,0	< 0,5	< 0,5	> 1,5	< 0,5	4	0,16
Х2	> 1,5	= 1,0	= 1,0	> 1,5	> 1,5	6,5	0,26
Х3	> 1,5	= 1,0	= 1,0	> 1,5	> 1,5	6,5	0,26
Х4	< 0,5	< 0,5	< 0,5	= 1,0	< 0,5	3	0,12
Х5	> 1,5	< 0,5	< 0,5	> 1,5	= 1,0	5	0,2
сумма		25	1

Для дальнейшего анализа и определения наиболее конкурентоспособной модели необходимо осуществить бальную оценку каждого параметра для каждого из вариантов изделия (количество баллов от 1 до 5). Далее заполняем таблицу 2, указав в одной из строк относительную значимость параметров. При этом обозначаем методы таким образом: A - разрабатываемый радиотехнический метод; B - метод струнного створа; С - метод оптического створа.



Таблица 2 - Бальная оценка значимости параметров систем

B'i для Xi Модель	0,16	0,26	0,26	0,12	0,2
	X1	X2	X3	X4	X5
A	4	5	4	5	3
B	2	3	5	2	5
С	3	4	3	5	3

Показатель конкурентоспособности для каждой из анализируемых систем может быть найден как сумма произведений соответствующих значений B'_i на соответствующее бальное значение параметра модели.

Ka=0,16*4+0,26*5+0,26*4+0,12*5+0,2*3=4,18

Kb=0,16*2+0,26*3+0,26*5+0,12*2+0,2*5=3,64

Kc=0,16*3+0,26*4+0,26*3+0,12*5+0,2*3=3,5

Модель с максимальным значением показателя «К» (конкурентоспособности) наиболее предпочтительна. В данном случае наиболее конкурентоспособным оказался разработанный метод.

Для получения более точного результата, необходимо провести оценку конкурентоспособности изделий другим методом, позволяющим определить их приоритетность по каждому из выбранных параметров системы Х_i, и лишь в том случае принимать определенное решение. Для этого целесообразно применить методику расчета показателя конкурентоспособности по приоритетности вариантов, позволяющую более точно (в отличие от бальной) определить значимость параметров качества изделий.

В работе определяется приоритетность каждой модели по каждому из выбранных параметров системы. С этой целью заполняется такое количество матриц смежности, которое соответствует количеству выбранных для анализа параметров Х_i, смотреть таблицы 3 - 7.



Таблица 3 - Анализ приоритетности устройств по показателю «Х₁»

Модель Изд	A	B	С	Qi	qi
A	= 1	> 1.5	> 1.5	4	0,45
B	< 0.5	= 1	< 0.5	2	0,22
С	< 0.5	> 1.5	= 1	3	0,33
сумма		9	1

Q_i - абсолютная значимость (приоритетность) каждой модели по анализируемому параметру.

q_i - относительная (искомая) значимость модели по анализируемому параметру.

Таблица 4 - Анализ приоритетности устройств по показателю «Х₂»

Модель Изд	A	B	С	Qi	qi
A	= 1	> 1.5	> 1.5	4	0,45
B	< 0.5	= 1	< 0.5	2	0,22
С	< 0.5	> 1.5	= 1	3	0,33
сумма		9	1

Таблица 5 - Анализ приоритетности устройств по показателю «Х₃»

Модель Изд	A	B	С	Qi	qi
A	= 1	< 0.5	> 1.5	3	0,33
B	> 1.5	= 1	> 1.5	4	0,45
С	< 0.5	< 0.5	= 1	2	0,22
сумма		9	1

Таблица 6 - Анализ приоритетности устройств по показателю «Х₄»

Модель Изд	A	B	С	Qi	qi
A	= 1	> 1.5	= 1	3,5	0,39
B	< 0.5	= 1	< 0.5	2	0,22
С	= 1	> 1.5	= 1	3,5	0,39
сумма		9	1

Таблица 7 - Анализ приоритетности устройств по показателю «Х₅»

Модель Изд	A	B	С	Qi	qi
A	= 1	< 0.5	= 1	2,5	0,275
B	> 1.5	= 1	> 1.5	4	0,45
С	= 1	< 0.5	= 1	2,5	0,275
сумма		9	1



В таблице 8 выполнено сравнение вариантов использование изделий по системе критериев. Вместо баллов приведены значения q_i по моделям и параметрам.

Таблица 8 - Сводная таблица исходной информации для расчета конкурентоспособности вариантов

B'i для Xi Модель	0,16	0,26	0,26	0,12	0,2
	X1	X2	X3	X4	X5
A	0,45	0,45	0,33	0,39	0,275
B	0,22	0,22	0,45	0,22	0,45
С	0,33	0,33	0,22	0,39	0,275
qi	1	1	1	1	1

Используя данные таблицы 8, определены показатели конкурентоспособности «К» для каждой из анализируемых моделей:

Ka=0,45*0,16+0,45*0,26+0,33*0,26+0,39*0,12+0,275*0,2=0,377

Kb=0,22*0,16+0,22*0,26+0,45*0,26+0,22*0,12+0,45*0,2=0,326

Kc=0,33*0,16+0,33*0,26+0,22*0,26+0,39*0,12+0,275*0,2=0,298

В данном случае наиболее конкурентоспособным методом также является разработанный метод.

По бальному методу выбора и по методу оценки по приоритетности вариантов наиболее конкурентоспособного метода предлагаемая модель системы выигрывает по следующим параметрам:

· Стоимость затрат на реализацию метода (Х₁);

· Инструментальная точность определения смещения (Х₂);

· Универсальность метода (Х₄).

На предлагаемый метод погодные условия влияют сильнее, чем на струнный створ, но их влияние можно будет спрогнозировать и учитывать с помощью специальных устройств и оборудования.

Из приведенных результатов видно, что использование предлагаемого метода выгоднее по сравнению с существующими аналогами. Это означает, что нужно продолжать дальнейшие исследования, проработку и внедрения этого метода.



5. Безопасность и экологичность разработки

В ходе дипломной работы разрабатывается радиотехнический метод и аппаратура высокоточного контроля геометрической формы плотин гидроэлектростанций. Разрабатываемый метод предполагает использование источника сигнала - антенны СВЧ диапазона, а конкретнее частотное окно 2449.8 МГЦ - 2450.2 МГц (дециметровый диапазон).

5.1 Действие ЭМП на организм человека

Экспериментальные данные как отечественных, так и зарубежных исследователей свидетельствуют о высокой биологической активности электромагнитных полей во всех частотных диапазонах. При относительно высоких уровнях облучающего электромагнитного поля современная теория признает тепловой механизм воздействия. При относительно низком уровне электромагнитного поля (к примеру, для радиочастот выше 300 МГц это менее 1 мВт/см²) принято говорить о нетепловом или информационном характере воздействия на организм. Механизмы действия электромагнитного поля в этом случае еще мало изучены.

Варианты воздействия ЭМП на биоэкосистемы, включая человека, разнообразны: непрерывное и прерывистое, общее и местное, комбинированное от нескольких источников и сочетанное с другими неблагоприятными факторами среды и т.д.

На биологическую реакцию влияют следующие параметры ЭМП:

· интенсивность ЭМП (величина);

· частота излучения;

· продолжительность облучения;

· модуляция сигнала;

· сочетание частот ЭМП;

· периодичность действия.

Сочетание вышеперечисленных параметров может давать существенно различающиеся последствия для реакции облучаемого биологического объекта.

Многочисленные исследования в области биологического действия ЭМП позволяют определить наиболее чувствительные системы организма человека:

Нервная система

Большое число исследований, выполненных в России, дают основание отнести нервную систему к одной из наиболее чувствительных систем в организме человека к воздействию ЭМП. На уровне нервной клетки, структурных образований по передаче нервных импульсов (синапсе), на уровне изолированных нервных структур возникают существенные отклонения при воздействии ЭМП малой интенсивности. При этом у людей изменяется высшая нервная деятельность, память. Эти лица могут иметь склонность к развитию стрессорных реакций. Определенные структуры головного мозга имеют повышенную чувствительность к ЭМП. Изменения проницаемости гемато-энцефалического барьера может привести к неожиданным неблагоприятным эффектам. Особую высокую чувствительность к ЭМП проявляет нервная система эмбриона.

Иммунная система

В настоящее время накоплено достаточно данных, указывающих на отрицательное влияние ЭМП на иммунологическую реактивность организма. Результаты исследований ученых России дают основание считать, что при воздействии ЭМП нарушаются процессы иммуногенеза, чаще в сторону их угнетения. Установлено также, что у животных, облученных ЭМП, изменяется характер инфекционного процесса - течение инфекционного процесса отягощается. Возникновение аутоиммунитета связывают не столько с изменением антигенной структуры тканей, сколько с патологией иммунной системы, в результате чего она реагирует против нормальных тканевых антигенов. В соответствии с этой концепцией основу всех аутоиммунных состояний составляет в первую очередь иммунодефицит по тимус-зависимой клеточной популяции лимфоцитов. Влияние ЭМП высоких интенсивностей на иммунную систему организма проявляется в угнетающем эффекте на клеточный иммунитет. ЭМП могут способствовать неспецифическому угнетению иммуногенеза, усилению образования антител к тканям плода и стимуляции аутоиммунной реакции в организме беременной.

Эндокринная система и нейрогуморальная реакция

В работах ученых России еще в 60-е годы в трактовке механизма функциональных нарушений при воздействии ЭМП ведущее место отводилось изменениям в гипофиз-надпочечниковой системе. Исследования показали, что при действии ЭМП, как правило, происходила стимуляция гипофизарно-адреналиновой системы, что сопровождалось увеличением содержания адреналина в крови, активацией процессов свертывания крови. Было признано, что одной из систем, рано и закономерно вовлекающейся в ответную реакцию организма на воздействие различных факторов внешней среды, является система гипоталамус - гипофиз - кора надпочечников. Результаты исследований подтвердили это положение.

Половая функция

Нарушения половой функции обычно связаны с изменением ее регуляции со стороны нервной и нейроэндокринной систем. С этим связаны результаты работы по изучению состояния гонадотропной активности гипофиза при воздействии ЭМП. Многократное облучение ЭМП вызывает понижение активности гипофиза.

Любой фактор окружающей среды, воздействующий на женский организм во время беременности и оказывающий влияние на эмбриональное развитие, считается тератогенным. Многие ученые относят ЭМП к этой группе факторов.

Первостепенное значение в исследованиях тератогенеза имеет стадия беременности, во время которой воздействует ЭМП. Принято считать, что ЭМП могут, например, вызывать уродства, воздействуя в различные стадии беременности. Хотя наиболее уязвимыми периодами являются обычно ранние стадии развития зародыша, соответствующие периодам имплантации и раннего органогенеза.

Было высказано мнение о возможности специфического действия ЭМП на половую функцию женщин, на эмбрион. Отмечена более высокая чувствительность к воздействию ЭМП яичников, нежели семенников.

Результаты проведенных эпидемиологических исследований позволяют сделать вывод, что наличие контакта женщин с электромагнитным излучением может привести к преждевременным родам, повлиять на развитие плода и, наконец, увеличить риск развития врожденных уродств.

Эти системы организма являются критическими. Реакции этих систем должны обязательно учитываться при оценке риска воздействия ЭМП на население.

Биологический эффект ЭМП в условиях длительного многолетнего воздействия накапливается, в результате возможно развитие отдаленных последствий, включая дегенеративные процессы центральной нервной системы, рак крови (лейкозы), опухоли мозга, гормональные заболевания.

Особо опасны ЭМП могут быть для детей, беременных женщин (эмбрион), людей с заболеваниями центральной нервной, гормональной, сердечно-сосудистой систем, аллергиков, людей с ослабленным иммунитетом.

5.2 Нормирование уровня ЭМП

На территории российской Федерации нормирование уровня ЭМП осуществляется в соответствии с СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03 «Гигиенические требования к размещению и эксплуатации передающих радиотехнических объектов».

Оценка и нормирование ЭМП диапазона частот 30 кГц - 300 ГГц осуществляется по величине энергетической экспозиции (ЭЭ).

Энергетическая экспозиция в диапазоне частот 30 кГц - 300 МГц рассчитывается по формулам:

ЭЭ_Е = Е²·Т, (В/м)² ч(57)

ЭЭ_Н = Н²·Т, (А/м)² ч(58)

где Е - напряженность электрического поля (В/м);

Н - напряженность магнитного поля (А/м), плотности потока энергии (ППЭ, Вт/м, мкВт/см);

Т - время воздействия за смену (час).

Энергетическая экспозиция в диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц рассчитывается по формуле:

ЭЭ_ППЭ =ППЭ·Т, (Вт/м)·ч, (мкВт/см)·ч(59)

где ППЭ - плотность потока энергии (Вт/м, мк Вт/см).

ПДУ энергетических экспозиций (ЭЭ_ПДУ) на рабочих местах за смену представлены в таблице 9.

Таблица 9 - Предельно допустимые уровни ЭМП диапазона частот 30 кГц-300 ГГц на рабочих местах персонала

Параметр	Диапазон частот (МГц)
	0,03 - 3,0	3,0 - 30,0	30,0 - 50,0	50,0 - 300,0	300,0 - 300000,0
ПДУ ЭЭе, (В/м)2.ч	20000	7000	800	800	-
ПДУ ЭЭн, (А/м)2.ч	200	-	0,72	-	-
ПДУ ЭЭппэ, (мкВт/см2).ч	-	-	-	-	200
Максимальный ПДУ Е, В/м	500	300	80	80	-
Максимальный ПДУ Н, А/м	50	-	3,0	-	-
Максимальный ПДУ ППЭ, мкВт/см2	-	-	-	-	1000
Примечание. Диапазоны, приведенные в табл., исключают нижний и включают верхний предел частоты.

Таблица 10 - Предельно допустимые уровни ЭМП диапазона частот 30 кГц-300 ГГц для населения

Диапазон частот	30-300 кГц	0,3-3 МГц	3-30 МГц	30-300 МГц	0,3-300 ГГц
Нормируемый параметр	Напряженность электрического поля, Е (В/м)	Плотность потока энергии, ППЭ (мкВт/см2)
Предельно допустимые уровни	25	15	10	3	10 (25*)
* - для случаев облучения от антенн, работающих в режиме кругового обзора или сканирования.

5.3 Расчет ППЭ

Для расчета воспользуемся формулой: [4]

,(60)

где P - мощность, Вт;

G - усиление антенны (в разах по мощности);

r - расстояние от точки наблюдения до ближайшей точки антенны, м.

Исходные данные P = 100 мВт, G = 20 дБ = 100 раз.

Подставляя в (60) данные получаем:

(61)



На рис. 31 приведена зависимость ППЭ от расстояния.

Рисунок 31 - Зависимость ППЭ от расстояния

Как видно по графику значение ППЭ не превышает нормы на расстоянии свыше 288 см. Так как антенна используется направленная, и установка её предполагается на специальной опоре, высота которой будет больше 3 - 5 метров, или на крыше здания, то в специальных мероприятиях по защите рабочих и населения от ЭМП нет необходимости. Если антенна не будет устанавливаться на опору, то необходимым мероприятием по защите населения и рабочих является наличие санитарной зоны радиусом 4 - 5 метров.



Заключение

Согласно техническому заданию требовалось разработать радиотехнический метод и аппаратуру высокоточного контроля геометрической формы плотин гидроэлектростанций.

В результате исследований был обоснован радиотехнический метод высокоточного контроля геометрической формы плотин гидроэлектростанций. Перспективность данного метода заключается в новом принципе определения дальности и высокой инструментальной погрешности (менее 1 м на расстоянии 1 км). Были оценены погрешности и влияние многолучевости. Оговорены схемотехнические решения для главных элементов устройства, рассмотрена безопасность и экологичность разработки, дано технико-экономическое обоснование.

Дальнейшим развитием исследований является проведение испытаний и проверка способности системы работать с заданной инструментальной точностью, а так же создание законченного образца. Так же следует сказать, что дальнейшие испытания макета будут проводиться в реальных условиях. И в дальнейшем доработка данного образца в связи с полученными результатами замеров.

Тем не менее, данная работа представляет собой законченное исследование, в ходе которого получен и решён на практике ряд новых научно-технических результатов.



Список использованных источников

1 Шайдуров Г. Я. Автоматизированный контроль гидротехнических сооружений. Г. Я. Шайдуров. - Новосибирск: Наука, 2006. - 240 с.

2 Козлов А. Н. Отчет по НИР «Разработка опытно-экспериментальной оптической системы контроля горизонтальных смещений секций плотины Зейской ГЭС». - Благовещенск: Амурский государственный университет, 1999. - 12 с.

3 Алешечкин А. М., Исаев М. А., Кокорин В. И. Результаты испытаний высокоточной радионавигационной системы // Труды междунар. науч.-практ. конф. САКС-2002. - Красноярск: СибГау, 2000. - с. 106-107.

4 Пестряков В. Б. Фазовые радиотехнические системы. М.: Сов. радио, 1968, - 364 с.

5. Холодов Ю. А. Мозг в электромагнитных полях [Текст]: научно - популярная серия / Ю. А. Холодов. - М.: Наука, 1982. 123 с.

6. СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03 «Гигиенические требования к размещению и эксплуатации передающих радиотехнических объектов». Изменение № 1 - СанПиН 2.1.8/2.2.4.2302-07.

7. СанПиН 2.1.8/2.2.4.2302-07 «Гигиенические требования к размещению и эксплуатации передающих радиотехнических объектов».

8. Ротхаммель К. Антенны: Прес. с нем. / К. Ротхаммель. - 3 -е изд., доп. - М: Энергия, 1979. 200 с., ил.

9. Бондаренко В. Н. Радиоавтоматика: Метод. указ. по курсовому проектированию для студентов специальности 2301 "Радиоавтоматика" / В.Н. Бондаренко; Краснояр. политехн. ин-т. - Красноярск: КрПИ, 1992. - 32 с.

10. Бондаренко В. Н. Радиоавтоматика. Исследование системы фазовой автоподстройки частоты: метод. указ. по лабораторным работам / В.Н. Бондаренко; Краснояр. политехн. ин-т. - Красноярск: КрПИ, 1993. - 11 с.

11. Коновалов Г. Ф. Радиоавтоматика [Текст] : учеб. для вузов по спец. "Радиотехника" / Г. Ф. Коновалов. - М.: Высшая школа, 1990. - 334 с.

12. Коновалов Г. Ф. Радиоавтоматика: учебник для вузов / Г. Ф. Коновалов. - М.: Радиотехника, 2003. - 286 с.

13. Бондаренко В. Н. Основы автоматики: учеб. пособие / В.Н. Бондаренко; Краснояр. гос. техн. ун-т. - Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2004. - 155 с

14. Головин, О. В. Радиоприемные устройства: Учебник для техникумов / О.В. Головин. - М.: Высшая школа, 1997. - 384 с.

15. Радиоприемные устройства: учебник для вузов / Н.Н. Фомин, О.В. Головин, Н.Н. Буга и др.; Ред. Н.Н. Фомин. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Радио и связь, 2003. - 515 с.

16. Радиотехнические системы: учеб. для студ. вузов по спец. "Радиотехника" / Ю. М. Казаринов. - М.: Высшая школа, 1990. - 496 с.

17. Радиотехнические системы: учебник для студентов вузов / Ю. М. Казаринов [и др.]; ред. Ю. М. Казаринов. - М.: Академия, 2008. - 590 с.

18. Сосулин Ю. Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации: учеб. пособие для радиотех. спец. вузов / Ю. Г. Сосулин. - М.: Радио и связь, 1992. - 304 с.

19. Первачев С. В. Радиоавтоматика: учебник для вузов / С. В. Первачев. - М.: Радио и связь, 1982. - 295 с.

20. Каганов В. И. Радиотехника + компьютер + Mathcad. М.: Горячая линия - Телеком, 2001. - 416 с.

21. Поляков В. Т. Радиовещательные ЧМ приемники с фазовой автоподстройкой. М.: Радио и связь, 1983. - 96 с.

22. Радиопередающие устройства: учебник для вузов по спец. "Радиосвязь и радиовещание" / Л. Е. Клягин [и др.]; ред. В. В. Шахгильдян. - М.: Связь, 1980. - 328 с

23. Шахгильдян В.В., Ляховкин А.А. Системы фазовой автоподстройки частоты. М.: Связь, 1972. - 447 с.

24. Мусьяков М. П. Оптико-электронные системы ближней дальномерии / М. П. Мусьяков, И. Д. Миценко. - М.: Радио и связь, 1991. - 166 с.

25. Устройства приема и обработки сигналов: учеб. пособие. - Красноярск - Санкт-Петербург: ИПЦ КГТУ. Кн.1. - 2-е изд., стереотип. - 2003. - 136 с.

Размещено на Allbest.ru