Ещё

ЮУрГУ и Оксфорд разрабатывают новейшие интеллектуальные сенсоры 

Фото: ТАСС

В ХХI веке большинство промышленных предприятий, начиная с гигантских мировых корпораций, заканчивая локальными производствами, стремятся сделать свой бизнес более эффективным, безопасным и экономически выгодным. Современные запросы экономики способны удовлетворить только инновационные интеллектуальные системы, активно развивающиеся благодаря прогрессу Индустрии 4.0. Ученые Южно-Уральского государственного университета находятся «на острие» этого актуального мирового тренда. Разработки ведутся для стратегически важных отраслей промышленности — атомной, аэрокосмической, нефтехимической и многих других в кооперации с мировыми промышленными гигантами и Оксфордским университетом.

Чаще всего понятие «интеллектуальный сенсор» используется для обозначения датчиков нового поколения, которые используют современные вычислительные возможности и более сложные алгоритмы обработки информации, позволяющие улучшить их функциональные характеристики. В 2009 году в России вступил в силу новый гостандарт, который четко определил понятие интеллектуального датчика как устройства, обладающего функцией метрологического самоконтроля.

"Это означает, что в отличие от всех других приборов, именно измерительное устройство имеет такую характеристику, как погрешность. Исправность этого прибора понимают в смысле метрологической исправности. Если погрешность датчика не выходит за допустимые пределы, то считается, что он метрологически исправен", — отметил Олег Бушуев., к.т.н, доцент кафедры «Информационно-измерительная техника» Высшей школы электроники и компьютерных наук ЮУрГУ.

Олег Бушуев на протяжении семи лет проводит свои исследования в области интеллектуальных сенсоров, сотрудничая с профессором Оксфордского университета — Манусом Патриком Генри. Доктор Генри — ведущий специалист в мире в области обработки сигналов, измерительной техники и самодиагностики.

Задача по созданию интеллектуального датчика осложняется также тем, что интеллектуальным он может считаться в случае владения определенными алгоритмами для автоматического самоконтроля и проверки текущей погрешности. Если южноуральским ученым удастся воплотить этот функционал в приборе, то можно будет решить очень важную (в том числе и экономическую) задачу — увеличение межповерочного интервала. Некоторые приборы нельзя поверять без демонтажа, поэтому в идеале интеллектуальный сенсор должен сам заложить некий алгоритм, по которому можно было бы определить, исправен он или нет.

"Эта концепция в систематическом виде была последовательно изложена в трудах сотрудников Оксфордского университета в начале 90-х годов, — сказал Олег Юрьевич. — Профессор Манус Генри и является автором концепции, которая в западной литературе называется Self-validation или Self-Validating Sensor (SEVA Sensor), по-русски это переводится как самоаттестующийся или самопроверяющийся сенсор. Смысл в том, что он проверяет, не утратил ли датчик свой функционал с точки зрения метрологии. Интеллектуальный датчик должен уметь «сказать», что с ним не так до того, как с ним случится какая-то проблема".

На практике реализовать это довольно сложно, поскольку устройств очень много, как и вариантов воплощения. Идея доктора Генри состоит в том, чтобы определить, какие есть возможные причины выхода из строя и источники погрешности, например, кориолисового расходомера. Он предлагает новую, более усовершенствованную конструкцию, позволяющую избежать дефектов. Разработка позволит обеспечить надежную работу датчика при наличии вибрации трубопровода, а также длительный срок службы и простоту эксплуатации расходомера. К тому же этот прибор обеспечит высокую точность измерения массового расхода. Идея усовершенствования приборов и идея самодиагностики идут бок о бок, и можно сказать, что это одна задача, но по-разному сформулированная.

"В ЮУрГУ независимо от Оксфорда работают над улучшением отечественных кориолисовых расходомеров. Мы выполняем определенную часть задач, чтобы создать интеллектуальные сенсоры. Этот процесс многошаговый: прежде, чем выйти на готовый прибор, нам нужно проверить множество гипотез, например, какие характеристики технологического процесса влияют на параметры сигнала, какие сигналы мы можем использовать для наших целей. Это требует разного рода экспериментов", — говорит Олег Бушуев.

Ученые Южно-Уральского государственного университета ведут разработки в области датчиков давления. Ими создана новая перспективная конструкция датчика давления, которая как раз обладает функцией самодиагностики, то есть внутри обычного преобразователя давления предусмотрена возможность возбуждения этой конструкции тестовыми сигналами — при помощи ультразвука. Характеристики этих сигналов оцениваются разными математическими методами, один из них — это метод, предложенный доктором Манусом Генри, который называется PRISM.

"Наша идея связана с тем, чтобы создать интеллектуальный датчик давления и использовать метод PRISM (как один из возможных) для обработки сигналов, — рассказывает Олег Бушуев. — Задача интересна для Мануса Генри тем, что сигналы нашего датчика давления кратковременные, что усложняет процесс оценки их параметров. Доктору Генри пришлось модифицировать свой метод, чтобы он работал для наших сигналов — в этом и состояла основная трудность, но мы ее преодолели".

Результаты совместной работы южноуральских ученых и ученых из университета Оксфорда были представлены в июне на конференции IEEE 26th International Symposium on Industrial Electronics (ISIE) в Эдинбурге и будут скоро опубликованы в высокорейтинговом научном журнале Industrial Electronics Magazine. Кроме того, Манус Генри руководит международной Лабораторией технической самодиагностики и самоконтроля приборов и систем ЮУрГУ, что позволяет рассчитывать на дальнейшее успешное сотрудничество Оксфордского университета и ЮУрГУ. Ученые планируют совместно разрабатывать перспективные идеи, в частности, рассматривается возможность работы над проектом для госкорпорации «Росатом» по созданию интеллектуальных сенсоров температуры.

Читайте также
Новости партнеров
Больше видео