ТЕХНОЛОГИИ БЕСКОНТАКТНОГО КОНТРОЛЯ В УМНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ

Опубликовано в монографии: Коллективная монография «Вопросы современной науки» Том 85

Автор(ы): Павлюковский Вадим Георгиевич

Рубрика монографии: Вопросы современной науки

DOI статьи: 10.32743/25001949.2023.85.361325

Библиографическое описание

Павлюковский В.Г. ТЕХНОЛОГИИ БЕСКОНТАКТНОГО КОНТРОЛЯ В УМНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ / В.Г. Павлюковский // «Вопросы современной науки»: коллект. науч. монография; [под ред. Н.П. Ходакова]. – М.: Изд. Интернаука, 2023. Т. 85. DOI:10.32743/25001949.2023.85.361325

Авторы

Павлюковский Вадим Георгиевич

ТЕХНОЛОГИИ БЕСКОНТАКТНОГО КОНТРОЛЯ В УМНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ

Павлюковский Вадим Георгиевич

Содержание

Вступление, - Стр.2

РИТМ – технологии, - Стр.3

Описание технологий бесконтактного контроля, - Стр.7

Описание резонансного метода, - Стр.17

Выводы из результатов предварительной экспериментальной проверки, - Стр.23

Список использованной литературы, - Стр.25

Процесс развития и усовершенствования техники и технологии он – лайн в режиме реального времени бесконтактного контроля на базе основополагающих принципов электромагнитной резонансной спектроскопии ; Техника формирования плоской катушки в сочетании с РИТМ технологиями для изготовления сенсорного модуля в категории умных технологий , внедрённых в инфраструктуру умного производственного помещения, в том числе прошедшего процесс модификации, модернизации или реставрации

Вступление :

В современных условиях при необходимости организовать производственные помещения для размещения стартапов, разрабатывающих новые умные технологии, возникают потребности для создания специфической экосистемы учитывающей особенности и требования надсистем умных технологий, одной из подсистем которых являются элементы бесконтактного контроля и их процессоры, содержащие в свою очередь элементы искусственного интеллекта и искусственных нейронных сетей.

Это направление является относительно новым и существенный вклад в его развитие внесла Ирина Геннадьевна Бондарева в своих фундаментальных публикациях и книгах.

В своих разработках Ирина Геннадьевна Бондарева сумела блестяще соединить возникшие идеи по подготовке и оптимизации интерьера производственного помещения с идеями и разработками частей инфраструктуры такого умного производственного комплекса с новейшими технологическими решениями по повышению быстродействия электронных систем для соответствия с ожидаемыми на рынке квантовыми компьютерами и их процессорными эквивалентами.

Одним из важнейших решений, позволяющих параллельное внедрение и интеграцию с новейшими решениями в областях электроники и микроэлектроники являются новейшие технологии по производству печатных плат и плат тонкоплёночных микросборок.

Для того, что бы укомплектовать системы управления и контроля быстродействующими электронными компонентами в первую очередь необходимо было существенно уменьшить толщину печатных плат.

Как основу для таких плат было решено использовать стальную ленту, толщиной всего в 50 микрон.

Эту технологию назвали – РИТМ, - размерное избирательное травление металла.

Коротко о этой технологии:

РИТМ технологии (Размерное избирательное травление металла)

МОДУЛЬ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

Модуль для установки, охлаждения, управления и контроля энергетически насыщенных оптических - электронных систем и метод его производства, включающий:

- как минимум, двухстороннюю печатную плату, расположенные на одной её стороне, геометрически совмещённые и электрически изолированные между собой,

- электропроводящие и теплопроводящие топологические структуры;

- размещённую на противоположной стороне печатной платы,

как минимум одну, суммирующую теплопроводящую площадку, связанную с теплопроводящими структурами на первой стороне указанной печатной платы;

- теплопроводящие каналы, соединяющие каждую из теплопроводящих структур на одной стороне указанной печатной платы с суммирующей токопроводящей площадкой на противоположной стороне указанной печатной платы, причём, указанные суммирующая теплопроводящая площадка и указанные теплопроводящие каналы электрически изолированы от электропроводящих топологических структур.

Дополнительные отличительные признаки

К модулю печатной платы (как устройству)

1. Наличие суммирующей интегральной поверхности теплообмена, которая имеет двухслойную структуру,- никель-медь,- наиболее эффективную из известных

Минимальное расстояние от поверхности передающей тепло до суммирующей интегральной поверхности теплообмена (всего 0,15 мм)
Двухслойная структура всех теплопроводящих топологических элементов (структур),- никель-медь
Цепочка материалов в теплопроводящих каналах,- медь-никель-железо-никель-медь-(наиболее эффективное сочетание, которое получается без дополнительных затрат, лишь только потому, что это необходимо для построения платы, чтобы по аддитивному методу изготовить её топологию и максимально увеличить толщину также двухслойных проводников платы)
Наличие полупроводниковых наноструктурных поликристаллических алмазных плёнок на всех теплопроводящих поверхностях (что значительно повышает эффективность теплоотдачи и теплообмена)
Расположение теплообменной структуры под телом каждого компонента, который является источником тепла, что помогает в оптимальном режиме стабилизировать термодинамику указанных компонентов
Возможность построения аналогичной системы в многослойном варианте, при этом у каждого слоя имеются те же элементы теплоотвода, также изолированные от всех токоведущих элементов, теплопередающие каналы соединяют все элементы от всех слоёв, причём алмазное покрытие имеется у внешних элементов каждого слоя, что создаёт многослойную металло-полупроводниковую систему теплопередачи
Контакт у всех компонентов и у теплопроводящих поверхностей осуществлён через полупроводниковый не токопроводящий слой, что повышает надёжность

Модуля на предмет короткого замыкания

Метод производства

модуля для установки, охлаждения, управления и контроля энергетически насыщенных оптических - электронных систем включающий :

- подготовку поверхности стальной ленты (рулона) (вместо стальной может быть указано,- металлической);

- нанесение фоторезиста

- проявление фоторезиста

- скоростное струйное электрохимическое покрытие никеля (толщиной в 2-3 микрона)

- скоростное струйное электрохимическое покрытие меди (толщиной в 25-35 микрон) поскольку этот технологический феномен является основным базовым отличием и формирует пакет существенных преимуществ метода,- автор настоящей публикации даёт некоторое объяснение этому феномену.

Скоростное струйное электрохимическое покрытие- гальванический процесс в селективно ориентированном направленном потоке электролита с постоянной, обновляющей электролит системой рециркуляции.

В которую входят:

1- ёмкость с электролитом с определёнными параметрами режима содержания электролита, как

концентрации никеля и меди

температуры

уровня кислотности или щёлочности

плотности

электрической (проводимости)

(благодаря преимуществам технологии нет необходимости в использовании органических добавок- осветителей).

2- насос с фильтром

3- анод для струйной металлизации, который имеет растворимый в данном типе электролита и нерастворимый в данном типе электролита компоненты установленные последовательно по ходу движения электролита, Причём нерастворимый компонент выполнен из композитной, угле графитной, токопроводящей ткани расположен параллельно металлизированной поверхности и последним по ходу движения электролита и первым перед покрываемой поверхностью (катодом) оба компонента подсоединены к положительному электрическому потенциалу и имеют избирательную регулируемую проницаемость для электролита.

В аноде имеется система равномерного распределения электролита по плоскости растворимого компонента, которая автоматически повторяется на нерастворимом компоненте и, следовательно и на металлизируемой поверхности- катоде.

- удаление фоторезиста

- травление железа с одной стороны на половину толщины стальной ленты

- удаление продуктов травления с поверхности аэродинамическим и за этим,- гидродинамическим воздействием

- опрессовка жидкотекучей полимерной композицией,- по такому порядку

заливка мономером

последующая полимеризация

терм стабилизация

- травление железа со второй стороны (с теми же отличиями)

- опрессовка со второй стороны (с теми же отличиями)

- нанесение протектора на электропроводные структуры

- покрытие в вакууме всех теплопроводящих структур – слоистой системой из

полупроводниковых наноструктурных поликристаллических алмазных плёнок

Заслугой Ирины Геннадьевны Бондаревой явилось соединение и интеграция техники и технологии бесконтактного контроля с техникой и технологией изготовления специальных плат при помощи размерного избирательного травления металла.

Ввиду того, что указанное соединение и интеграция относительно быстро были внедрены имеет смысл остановиться на оформившихся идеях применения техники и технологии бесконтактного контроля в современном умном производстве.

Изобретения в области бесконтактного мониторинга качества питьевой воды и коровьего молока

Качество питьевой воды практически определяет качество жизни. Во всех методиках контроля качества воды принято считать, что проводимость воды является чётким индикатором её чистоты;

Чем больше в воде загрязнений тем её электрическое сопротивление ниже, а чем чище вода тем её электрическое сопротивление выше.

Это долгое время всех устраивало, до тех пор, когда международный терроризм не достиг такой степени распространения, как имеет место сейчас и пока общее загрязнение окружающей среды не достигло таких беспрецедентных размахов и размеров, как в настоящее время.

Это конечно не все факторы, обуславливающие насущную необходимость проведение более полного контроля качества воды, но очень важные.

Практически все существующие технологии, приборы и оборудование для контроля качества воды имеют очень узкий диапазон технических возможностей и не охватывают всех параметров, которые необходимо постоянно контролировать, что бы не пропустить к пользователю воду с, которая в силу перечисленных выше причин, загрязнена до такой степени, что это представляет опасность для жизни и здоровья людей:

Молоко один из важнейших продуктов в полноценном рационе питания, и, поскольку значительный процент его состава, это также вода, требует эквивалентной мобильной, надёжной и точной техники контроля, адаптированной как к возросшим требованиям качества молока, так и к новым видениям нормативных требований к качеству.

При контроле качества молока также очень важна адаптация к новым технологическим условиям и процессам его промышленной переработки.

Исходя из этого далеко не полного набора информации, можно сделать обоснованный вывод о необходимости постоянного мониторинга состояния качества молока и воды, перед использованием.

Такие технологии изобретены и ниже приводится краткое описание этих технологий.

Устройство для контроля текущего значения состояния качества питьевой воды в режиме реального времени

Устройство предназначено для контроля и оценки в режиме реального времени текущего значения комплексного цифрового показателя динамического состояния качества питьевой воды ; Устройство может быть адаптировано к системам контроля качества технологической воды на входе в процесс и для контроля качества сточных вод перед сбросом в канализационную систему или перед возвратом в процесс после регенерации.

Комплексный Цифровой показатель динамического состояния воды и водных растворов, это интегральный параметр, который по критериям частоты, амплитуды, сопротивления, параметрам резонансных явлений,индуктивности и комплексу динамических характеристик потока воды, является интегральным эквивалентом текущего значения содержания и концентрации компонентов в воде и связи, в том числе и биологической, между указанными компонентами и параметрами.

Устройство для селективной идентификации в режиме реального времени текущего значения комплексного цифрового показателя динамического состояния качества питьевой воды представляет собой Компактное устройство, предназначенное для работы в составе водопроводных систем трубопроводов, в составе счётчиков расхода воды или в полевых условиях с питанием от солнечных батарей.

Устройство имеет минимальное потребление энергии;

Устройство включает связанные функционально между собой системы ввода, вывода, контроля и трансформирования потока воды, при этом система трансформирования потока воды включает аэродинамический механизм вывода газов из указанного потока;

Устройство может иметь исполнение для применения в стационарных условиях и исполнение для экспресс анализов;

Устройство и порядок работы с ним не требуют специальной подготовки оператора или пользователя.

Устройство для контроля текущего значения состояния коровьего молока в режиме реального времени

Устройство предназначено для контроля и оценки в режиме реального времени текущего значения комплексного цифрового показателя динамического состояния качества коровьего молока.

Комплексный Цифровой показатель динамического состояния коровьего молока это интегральный параметр, который по критериям частоты, амплитуды, сопротивления,индуктивности и комплексу динамических характеристик потока молока, является интегральным эквивалентом текущего значения содержания и концентрации компонентов в коровьем молоке и связи, в том числе и биологической, между указанными компонентами.

Устройство для его селективной идентификации в режиме реального времени представляет собой Компактное устройство, предназначенное для работы в условиях молочной фермы или в полевых условиях с питанием от солнечных батарей.

Устройство имеет минимальное потребление энергии

Устройство включает связанные функционально между собой системы ввода, вывода, контроля и трансформирования потока молока, при этом система трансформирования потока молока включает аэродинамический механизм вывода газов из потока молока.

Устройство может иметь исполнение для применения в стационарных условиях и исполнение для экспресс анализов.

Комплексный интегральный показатель качества воды и водных растворов и устройство для его идентификации в режиме реального времени

Цифровой показатель динамического состояния качества питьевой воды, который при сравнении направленного в сенсор импульса по критериям частоты, амплитуды, сопротивления,индуктивности и тех же параметров возникших в трубопроводе от резонансных явлений в потоке, в сочетании с комплексом динамических характеристик потока воды, является интегральным эквивалентом текущего значения содержания и концентрации компонентов в воде.

Устройство для его селективной идентификации в режиме реального времени представляет собой Компактное устройство, предназначенное для работы в условиях городских или магистральных водопроводов или в полевых условиях с питанием от солнечных батарей;

Устройство имеет минимальное потребление энергии;

Устройство включает связанные функционально между собой системы ввода, вывода, контроля и трансформирования потока воды, подаваемого на контроль, при этом система трансформирования потока воды включает аэродинамический механизм вывода газов из потока.

Комплексный интегральный показатель качества воды включает также комплексный интегральный показатель сенсора, который для каждого типа сенсора, его конструктивных параметров и параметров сигнала, подаваемого на сенсор, является постоянной величиной, что подтверждено результатами серии испытаний более чем в 1000 циклов на 4 видах сенсоров.

Комплексный интегральный показатель качества коровьего молока и устройство для его идентификации в режиме реального времени

Цифровой показатель динамического состояния коровьего молока, который по критериям частоты, амплитуды, сопротивления,индуктивности и комплексу динамических характеристик потока молока, является интегральным эквивалентом текущего значения содержания и концентрации компонентов в коровьем молоке.

Устройство имеет минимальное потребление энергии;

Динамический показатель текущего значения количества соматических клеток в коровьем молоке и устройство для его селективной идентификации в режиме реального времени

Цифровой показатель динамического состояния коровьего молока, который по критериям частоты, амплитуды, сопротивления,индуктивности и комплексу динамических характеристик потока молока, является интегральным эквивалентом текущего значения содержания и концентрации соматических клеток в коровьем молоке.

Устройство имеет минимальное потребление энергии;

Динамический комплексный показатель текущего значения концентрации жира в коровьем молоке и устройство для его селективной идентификации в режиме реального времени

Цифровой показатель динамического состояния коровьего молока, который по критериям частоты, амплитуды, сопротивления,индуктивности и комплексу динамических характеристик потока молока, является интегральным эквивалентом текущего значения содержания и концентрации жира или жирных кислот в коровьем молоке.

Устройство имеет минимальное потребление энергии;

Динамический комплексный показатель текущего значения содержания лактозы в коровьем молоке и устройство для его селективной идентификации в режиме реального времени

Устройство имеет минимальное потребление энергии;

Комплексный интегральный показатель мастита у коровы и устройство для его идентификации в режиме реального времени

Цифровой показатель, который по критериям частоты, амплитуды, сопротивления и индуктивности является интегральным эквивалентом или индикатором возникновения мастита у коровы.

Устройство для его идентификации в режиме реального времени представляет собой Компактное устройство, предназначенное для работы в условиях молочной фермы или в полевых условиях с питанием от солнечных батарей;

Устройство имеет минимальное потребление энергии;

Устройство для селективной идентификации в режиме реального времени качества коровьего молока при его транспортировке в сборник после доения

Компактное устройство, предназначенное для работы в условиях молочной фермы или в полевых условиях с питанием от солнечных батарей;

Устройство имеет минимальное потребление энергии;

Устройство для бесконтактного контроля параметров состояния коровьего молока

Устройство включает системы ввода молока на контроль, вывода потока молока из зоны контроля, сенсорный электронный интегральный модуль контроля с интерфейсом;

Устройство может включать систему идентификации сигналов и устройство для ускоренного сравнения идентифицированных сигналов с эталоном.

Устройство для одновременного контроля нескольких параметров состояния коровьего молока во время транспортировки

Устройство имеет два исполнения:

Первое исполнение предназначено для монтажа на цистернах для контроля качества молока при перевозке и при передаче молока на переработку в молочные продукты.

Второе исполнение предназначено для установки на гибких или жёстких трубопроводах, по которым молоко направляется в накопительные ёмкости ; это исполнение может иметь дополнительно функции измерения температуры в режиме реального времени.

Устройство для экспресс анализа качества коровьего молока

Устройство представляет собой мобильный компактный прибор с внутренней полостью в которую вводится молоко (или любая другая жидкость) для анализа;

Вокруг полости располагается сенсор, селективно настроенный на определённый параметр или молока или любой другой жидкости;

Устройство не требует настройки и калибровки и имеет несколько степеней защиты.

Устройство для селективного экспресс анализа параметров качества коровьего молока

Устройство не требует настройки и калибровки и имеет несколько степеней защиты.

Бесконтактные датчики уровня молока в ёмкостях

Устройство контролирует уровень молока (или любой другой жидкости) в специальном участке трубопровода связанном с ёмкостью в которой контролируется уровень жидкости;

Устройство имеет несколько вариантов исполнения ;

Оно может располагаться в ёмкости с жидкостью, может располагаться вне ёмкости, может иметь различные варианты исполнения сенсоров.

Устройство для комплексного контроля уровня молока в ёмкостях с одновременной оценкой интегрального показателя качества молока на этом уровне

Указанный участок трубопровода является одновременно резонансным сенсором , который настроен на контроль и оценку интегрального показателя качества молока (и любой другой жидкости , и датчиком уровня;

Устройство также может одновременно контролировать любые физические характеристики молока или жидкости, такие как проводимость, плотность, уровень кислотности.

Устройство для комплексного контроля уровня молока в ёмкостях с одновременной оценкой количества соматических клеток в молоке на этом уровне

Указанный участок трубопровода является одновременно резонансным сенсором , который настроен на контроль количества соматических клеток, и датчиком уровня;

Устройство для комплексного контроля уровня молока в ёмкостях с одновременной оценкой содержания жира в молоке на этом уровне

Указанный участок трубопровода является одновременно резонансным сенсором , который настроен на контроль концентрации жира, и датчиком уровня.

Устройство для комплексного контроля уровня молока в ёмкостях с одновременной оценкой содержания лактозы в молоке на этом уровне

Указанный участок трубопровода является одновременно резонансным сенсором , который настроен на контроль концентрации лактозы, и датчиком уровня.

Устройство для комплексного контроля уровня молока в ёмкостях с одновременной оценкой содержания следов крови в молоке на этом уровне

Указанный участок трубопровода является одновременно резонансным сенсором , который настроен на контроль концентрации крови, и датчиком уровня.

Устройство для комплексного контроля уровня молока в ёмкостях с одновременной последовательной оценкой концентрации базовых компонентов в этом молоке на этом уровне

Указанный участок трубопровода является одновременно резонансным сенсором , который настроен на контроль параметров, и датчиком уровня.

Устройство для комплексного контроля уровня молока в ёмкостях с одновременной оценкой концентрации нескольких базовых компонентов в этом молоке на этом уровне

Указанный участок трубопровода является одновременно резонансным сенсором который настроен на контроль параметров и концентраций компонентов в молоке или любой другой жидкости и имеет несколько сенсоров, настроенных каждый на контроль одного параметра, причём каждый сенсор одновременно является и датчиком уровня.

Устройство для изменения уровня турбулентности потока молока

Устройство предназначено для преобразования и динамического трансформирования турбулентного потока молока с формированием в нём локальной зоны ламинарного течения, в которой осуществляется контроль молока при помощи резонансного сенсора.

Кроме этого при трансформировании потока, устройство высвобождает воздух из потока молока и стабилизирует его гидродинамические характеристики.

Устройство для подготовки потока молока к контролю параметров состояния в режиме реального времени

Устройство предназначено для преобразования и динамического трансформирования потока молока с формированием локальной зоны ламинарного течения, в которой осуществляется контроль молока при помощи резонансного сенсора.

Устройство для контроля уровня содержания газа в молоке в режиме реального времени

Устройство представляет собой резонансный сенсор, который фиксирует изменение комплекса параметров в молоке в зависимости от концентрации в нём воздуха или любого другого газа;

Устройство может контролировать параллельно степень заполнения трубопровода в котором движется поток молока и уровень турбулентности потока молока в трубопроводе.

Система управления процессом аэрации молока с контролем содержания воздуха в молоке в режиме реального времени

Система управления процессом аэрации молока с контролем уровня содержания воздуха в молоке; система имеет обратную связь с резонансным сенсором и меняет параметры сжатого воздуха в зависимости от концентрации воздуха в молоке;

Система включает резонансный сенсор, интерфейс и преобразователь сигналов от сенсора в управляющие сигналы к источнику сжатого воздуха, при помощи которых меняются давление и расход сжатого воздуха;

Система включает также аэродинамическую функцию ввода воздуха в молоко.

Информация о результатах проверки и испытаний метода селективного разделения различных материалов, растворённых в воде или водном растворе, и последующего контроля их концентраций, при помощи резонансных технологий.

При проверке воды загрязнённой, растворёнными в ней, ионами металлов и другими материалами, возникают значительные трудности в точном определении реальной концентрации каждого из материалов и металлов.

В дополнение к представленному в презентации, создано новое изобретение, которое позволяет с высокой точностью селективно разделить загрязняющие воду или другую жидкость материалы на группы, в которых каждому из материалов присущи определённые частоты резонанса.

Чувствительность прибора, на котором производятся измерения, позволяет отличать резонансные частоты с точностью до микро- герц; Эта точность позволяет отличить, содержащиеся в воде или водном растворе любые материалы и химические – механические комплексы с точностью до 0.00001 грамма.

Как показали предварительные испытания метода, точность измерений не зависит от наличия или отсутствия в воде или водном растворе органических соединений или любых комбинаций этих соединений и материалов.

Результаты предварительной проверки метода, подтверждают возможность активного контроля в режиме реального времени любых жидкостей, на предмет концентрации материалов, содержащихся в них, с точностью, превышающей требования стандартов, без непосредственного контакта с контролируемой жидкостью и без выполнения каких либо вспомогательных или дополнительных процедур.

При этом определяют концентрацию каждого из компонентов отдельно, и получают независимый результат с требуемой точностью, на одном и том же приборе.

Для управления процессом проверки построена цифровая система управления и контроля, которая прошла полный цикл испытаний совместно с одной из ведущих Японских компаний в решении реальных контрольных задач; Результаты квалифицированы как превосходящие известные сегодня технологии в 1000 и более раз.

Испытанная технология обладает большой технологической гибкостью и может быть использована в части своих возможностей, если это допустимо, что позволяет также регулировать ценовые характеристики технологии, в зависимости от требований на объекте использования.

Краткое описание резонансного метода:

Метод предусматривает создание переменного электро-магнитного поля в пространстве, в котором располагается исследуемый образец. Это поле является посредником между резонансным контуром и испытуемым образцом. С одной стороны, резонансный контур является эмиттером (излучателем) этого поля, а, с другой - акцептором (чувствительным элементом), тех изменений в электро-магнитном поле, которые вносит испытуемый образец.

Даже в отсутствии испытуемого образца создаваемое соленоидом переменное электро-магнитного поле является суммой двух электро-магнитных полей, которые изменяются в противофазе друг другу. Одно поле порождается изменением магнитной индукции соленоида и имеет своим следствием вихревое электрическое поле (Maxwell-Faraday equation). Другое - порождается изменением электрического поля, созданного разностью потенциалов между крайними наиболее удалёнными друг от друга витками соленоида (если образец помещён внутрь соленоида) или разностью потенциалов между ближайшим к поверхности измеряемого образца витком и самим образцом (если образец расположен напротив торца соленоида), и имеет своим следствием вихревое магнитное поле (Ampère's circuital law with Maxwell's correction).

Под воздействием внешнего переменного электро-магнитного поля в испытуемом образце, в зависимости от его природы, могут индуцироваться такие электрические явления, как линейные и вихревые токи проводимости, линейные и вихревые токи смещения, а также линейные и вихревые ионные токи (упорядоченное движение ионов). В соответствии с принципом суперпозиции полей эти электрические явления вносят искажения во внешнее переменное электро-магнитное поле. Эти искажения воспринимаются соленоидом резонансного датчика. Резонансный контур, в состав которого входит этот соленоид, изменяет своё поведение аналогично тому, как если бы в его состав были добавлены дополнительные элементы: конденсатор, индуктивность и резистор. Совокупность дополнительных емкостного, индуктивного и активного сопротивлений представляет собой дополнительный импеданс, вносимый в систему испытуемым образцом, этот атрибут и измерят резонансный датчик.

Изменения параметров резонансного контура отражаются в изменении его амплитудной и частотной характеристике, а именно, меняются резонансные частота и амплитуда контура. Исследуя эти изменения, можно судить об импедансе исследуемого образца.

Принцип обработки данных, получаемых от резонансных датчиков

Резонансный датчик позволяет определить величину суммарного импеданса исследуемого образца на рабочей частоте этого датчика (см. «Краткое описание резонансного метода»). Сама по себе эта величина мало информативна. Но всё коренным образом меняется, если мы имеем набор датчиков с разными рабочими частотами. В этом случае возникает возможность использовать уникальный природный феномен, наблюдаемый во всех типах веществ: неорганических, органических и биологических. Этот феномен заключается в том, что вещество меняет свой удельный импеданс в зависимости от частоты, воздействующего на него, электрического поля и это изменение зависит от состава исследуемого вещества. Этот феномен исследует и активно использует быстроразвивающаяся в последнее время научное направление, называемое резонансной спектроскопией. В англоязычных источниках её чаще называют Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS).

Резонансная спектроскопия - impedance spectroscopy - метод исследования различных объектов, основанный на измерении и анализе зависимостей импеданса от частоты переменного тока. Разные объекты и процессы характеризуются разными зависимостями активного и реактивного импеданса от частоты, что делает возможным решение обратной задачи - получение информации об этих объектах и процессах путем анализа частотных характеристик их отклика на переменном токе.

Тот факт, что изменение импеданса при изменении частоты зависит от состава вещества, позволяет выявить изменения влияние каждого компонента на суммарный импеданс вещества при различных частотах. После определения весовых коэффициентов влияния соответствующих компонентов на суммарный импеданс вещества на каждой из рабочих частот резонансных датчиков, можно на основании показаний датчиков, решая систему линейных уравнений, получить информацию о концентрации исследуемых компонентов.

На точность этого метода огромное влияние имеет правильный выбор рабочих частот датчиков. Путём сканирования в широком диапазоне частот необходимо определить наиболее характерные для каждого компонента области частот, то есть частоты, на которых компонент даёт наибольший отклик.

Традиционная спектроскопия в своих исследованиях использует источник переменного напряжения, который контактным способом воздействует на исследуемый образец, при этом в цепи возникает электрический ток, величина и сдвиг фазы которого, зависит от импеданса образца. Результаты отображаются, как правило, в виде фигур или диаграмм Найквиста. При таких исследованиях трудно добиться высокой чувствительности и точности измерений. Предлагаемая методика, в которой измерение импеданса производится с помощью резонансных контуров, обладает значительно более высокой чувствительностью и точностью, к тому же она бесконтактна.

Существуют определённые технические трудности создания колебательного контура с перенастраиваемой в широком диапазоне резонансной частотой, поэтому для поиска «характерных» для компонентов частот придётся использовать традиционную спектроскопию. После того, как характерные частоты будут найдены и будет созданы резонансные датчики для этих частот, созданная на базе этих датчиков система мониторинга компонентов будет обладать исключительной чувствительностью и точностью.

Помехозащищённость.

Такие «механические» параметры как ВЯЗКОСТЬ, ПЛОТНОСТЬ, ПРОЗРАЧНОСТЬ, ДАВЛЕНИЕ(если среда несжимаемая) не должны оказывать никакого влияния на измеряемые электрические параметры вещества. СКОРОСТЬ ДВИЖЕНИЯ В ТРУБОПРОВОДЕ и ТУРБУЛЕНТНОСТЬ – эти явления слишком медленные, чтобы оказать влияние на «мегагерцовые» процессы измерения импеданса. ЖЁСТКОСТЬ – это химический показатель, который полностью определяется входящими в вещество компонентами. Температура, как правило, оказывает влияние на величину импеданса, но измерение температуры и её учёт при измерении импеданса не представляется сложной технической задачей.

Селективный контроль концентрации компонентов в воде и в водных растворах.

В упрощённом виде селективное измерение и контроль концентраций солей металлов и других элементов, растворённых в воде, объясняется следующим образом.

Вода обладает аномально большой диэлектрической постоянной; это является следствием аномально большого дипольного момента молекул воды.

Из этого очевидно, что интегральная переменная поляризации в переменном электрическом поле, также будет существенно зависеть как от концентрации неполярных молекул примесей так и от молекул с дипольным моментом, отличным от дипольного момента воды.

Это отличие является основой резонансного метода селективного измерения концентраций примесей в воде или в водном растворе.

Вода, введённая в колебательный контур, определяет положение её традиционной, присущей только ей, резонансной линии, и каждая примесь, введённая в воду или в водный раствор в пределах указанного колебательного контура, будет смещать этот резонанс и соответствующую ему резонансную линию.

Из этого ясно, что различные примеси, в зависимости от их концентрации, будут смещать этот резонанс по разному.

Наличие семейства таких зависимостей, соответствующих каждая определённому металлу или элементу, позволяет селективно определять величину смещения резонансной линии, и, соответственно, концентрацию каждой из примесей в воде или водном растворе.

Семейство зависимостей создаётся путём химической калибровки с использованием традиционных химических методов.

Для растворов и жидкостей не являющихся водными растворами, методика и логика селективного измерения концентраций компонентов является подобной, с той разницей, что в качестве базы для сравнения при измерении принимается один из компонентов раствора или жидкости, молекулы которого обладают наибольшим для данного раствора или жидкости, дипольным моментом.

Предварительное исследование чувствительности технологии резонансного контроля при работе с молоком.

На предварительном этапе контроля и оценке чувствительности технологии резонансного контроля рассмотрены образцы молока нескольких принципиально отличающихся видов:

- пробы цельного натурального молока, полученные во время утреннего ручного доения, разделённые на три основные группы, взятые в начале процесса доения (наименее концентрированные с кислотностью, - 6.7 единиц; взятые во время основной фазы доения, средней концентрации, имеющие средний оптимальный уровень концентрации входящих компонентов и кислотность,- 6.8 единиц ; взятые во время завершающей фазы доения, с максимальной концентрацией основных компонентов, с кислотностью, - 6.9 единиц;

- пробы того же молока, после 24 часов содержания при комнатной температуре;

- пробы того же молока, после 24 часов содержания в холодильнике при температуре + 3 градуса по Цельсию ;

- пробы 4 видов молока с различными характеристиками, полученными в розничной торговой сети;

- пробы всех типов молока с добавлением консервированной крови;

- пробы всех типов молока с добавлением сахарозы;

- пробы всех типов молока с добавлением глюкозы;

- пробы всех типов молока с добавлением сахара;

- пробы всех типов молока с добавлением и механическим размешиванием молочного жира;

Цель предварительных исследований:

Определение уровня контрастности отражённого резонансного сигнала при сравнении всех указанных образцов молока;

Доказательство возможности селективного отбора из множества полученных сочетаний параметров сигналов, - групп параметров, при которых разница и контрастность сигналов для проб молока разных видов будет максимальной, обеспечивающей точность оценки и измерений, требуемых ведущими Европейскими компаниями производящими комплектное технологическое оборудование для молочного производства и соответствующим требованиям и ограничениям действующих стандартов Европейского союза ;

Доказательство возможности селективного отбора показателей и оценки числа соматических клеток в всех типах молока и сравнение этих показателей с показаниями приборов для измерения числа соматических клеток, разработанных и реализуемых на рынках стран мира компаниями признанными ведущими и соответствующими высшим стандартам и техническим требованиям ;

Рабочее место подготовленное компанией – ведущей разработку для проведения предварительных исследований (привязано к инфраструктуре специализированной и оптимизированной в принципе стандартной чистой комнаты для исследований).

Общая характеристика проведенных измерений и исследований:

Проведено измерение кислотности всех подготовленных образцов молока на стандартных измерительных приборах и такое же измерение проведено на экспериментальной установке по резонансному контролю;

Проведено измерение числа соматических клеток во всех пробах молока на стандартном оборудовании, выпускаемом компанией ДЕЛАВАЛЬ и такое же измерение интегрального сигнала от тех же образцов молока проведено на экспериментальной установке по резонансному контролю;

Проведено смешивание с дозой молока точно определённого количества крови и затем произведено измерение возникшего интегрального сигнала на экспериментальной установке по резонансному контролю;

Проведено смешивание с дозой молока точно определённого количества молочного жира и затем произведено измерение возникшего интегрального сигнала на экспериментальной установке по резонансному контролю;

Проведено смешивание с дозой молока точно определённого количества мочевины и затем произведено измерение возникшего интегрального сигнала на экспериментальной установке по резонансному контролю;

Проведено смешивание с дозой молока точно определённого количества глюкозы и затем произведено измерение возникшего интегрального сигнала на экспериментальной установке по резонансному контролю;

Проведено смешивание с дозой молока точно определённого количества сахарозы и затем произведено измерение возникшего интегрального сигнала на экспериментальной установке по резонансному контролю;

Проведено смешивание с дозой молока точно определённого количества фруктозы и затем произведено измерение возникшего интегрального сигнала на экспериментальной установке по резонансному контролю;

Выводы из результатов предварительной экспериментальной проверки

Технология резонансного контроля способна с необходимой точностью отличать между собой по интегральному комплексному показателю образцы цельного молока в начальной, средней и завершающей фазах процесса доения ;
Технология резонансного контроля способна с необходимой точностью отличать между собой по интегральному комплексному показателю образцы цельного молока в начальной, средней и завершающей фазах процесса доения и может отличать между собой те же образцы, которые имеют различные сроки хранения при комнатной температуре;
Технология резонансного контроля способна с необходимой точностью отличать между собой по интегральному комплексному показателю образцы цельного молока в начальной, средней и завершающей фазах процесса доения и может отличать между собой те же образцы, которые имеют различные сроки хранения при комнатной температуре и в которые дополнительно введены определённые дозы крови;
Технология резонансного контроля способна с необходимой точностью отличать между собой по интегральному комплексному показателю образцы цельного молока в начальной, средней и завершающей фазах процесса доения и может отличать между собой те же образцы, которые имеют различные сроки хранения при комнатной температуре и в которые дополнительно введены определённые дозы глюкозы;

Рисунок 1. Рабочее место исследователя стартапа в реставрированном производственном помещении, в чистой комнате

Технология резонансного контроля способна с необходимой точностью отличать между собой по интегральному комплексному показателю образцы цельного молока в начальной, средней и завершающей фазах процесса доения и может отличать между собой те же образцы, которые имеют различные сроки хранения при комнатной температуре и в которые дополнительно введены определённые дозы мочевины;
Технология резонансного контроля способна с необходимой точностью отличать между собой по интегральному комплексному показателю образцы цельного молока в начальной, средней и завершающей фазах процесса доения и может отличать между собой те же образцы, которые имеют различные сроки хранения при комнатной температуре и в которые дополнительно введены определённые дозы молочного жира;
Технология резонансного контроля способна с необходимой точностью отличать между собой по интегральному комплексному показателю образцы цельного молока в начальной, средней и завершающей фазах процесса доения , имеющих различные уровни концентрации соматических клеток и может отличать между собой те же образцы, которые имеют различные сроки хранения при комнатной температуре ;
Технология резонансного контроля способна с необходимой точностью отличать между собой по интегральному комплексному показателю образцы цельного молока в начальной, средней и завершающей фазах процесса доения , имеющих различные уровни концентрации соматических клеток и может отличать между собой те же образцы, которые имеют различные сроки хранения при комнатной температуре и параллельно может оценивать и отличать уровень кислотности тех же образцов молока;
Эксперименты подтвердили правильность выбранной для предварительного теста стратегии, заключающейся в как минимум двухступенчатой системе калибровки резонансного сенсора, - на первой ступени на уровне интегрального сигнала , основанного на характеристиках явлений в молоке, и на второй ступени на уровне селективно выделенного сочетания резонанса наиболее контрастно проявившихся частотно – ёмкостных и амплитудных комплексных характеристик в исследуемых пробах молока, характерных для каждого из контролируемых параметров и характеристик;
В целом система показала высокую восприимчивость к подаваемым сигналам, высокую селективность при разделении и сравнении сигналов, достаточный уровень повторяемости результатов, устойчивую работу по принятой методике, достаточную точность в определении интегральных составляющих сигналов, достаточную автономность и независимость к внешним воздействиям и помехам, возможность для оператора стабильного, устойчивого и уверенного управления системой без формальной специальной профессиональной подготовки;
Результаты предварительных исследований дают основания для вывода о возможности на следующем этапе проекта перейти к аппликациям селективного контроля всех необходимых параметров молока и к принципиальному конструированию всех необходимых аппликаций резонансных сенсоров;
Результаты по настройке и изменению рабочих параметров сенсоров, общий характер процесса управления и цифрового тестирования сенсора и всей его инфраструктуры, позволяет сделать вывод о возможности уверенного гарантированного дистанционного управления работой сенсоров, групп сенсоров с синхронизацией их основных измерительных и аналитических функций и о возможности адаптации сенсоров в соответствии с спецификой и различными условиями на молочных и товарных фермах и предприятиях молочной промышленности.

Список литературы:

Приложение 1

United States Patent Application	20090245066
Kind Code	A1
	October 1, 2009

OPTICAL DATA CARRIER, AND METHOD FOR READING/RECORDING DATA THEREIN

Abstract

An optical data carrier is presented. The data carrier comprises: at least one recording layer composed of a material having a fluorescent property variable on occurrence of multi-photon absorption resulting from an optical beam, said recording layer having a thickness for forming a plurality of recording planes therein; at least one non-recording layer formed on at least one of upper and lower surfaces of said recording layer and differing in fluorescent property from said recording layer; and at least one reference layer having a reflecting surface being an interface between the recording layer and the non-recording layer.

Приложение 2

United States Patent Application	20080285396
Kind Code	A1
	November 20, 2008

Method and Apparatus of Formatting a Three Dimensional Optical Information Carrier

Abstract

A method of formatting at least one optical information carrier is provided. The method is aimed at creating a plurality of formatting marks that are to be sequentially addressed when reading recording information in the carrier. The method comprises recording the plurality of formatting marks within the carrier volume in an interleaved order, thereby reducing delays in recording locally adjacent formatting marks thus reducing the entire carrier formatting time.

Приложение 3

United States Patent Application	20080182060
Kind Code	A1
	July 31, 2008

Manufacturing of Multi-Plate For Improved Optical Storage

Abstract

In accordance with the invention a new optical data carrier and methods for its production are provided. The optical data carrier of the invention is characterized in that different plates have different concentrations.

Приложение 4

United States Patent Application	20060250934
Kind Code	A1
	November 9, 2006

Three dimensional optical information carrier and a method of manufacturing thereof

Abstract

A three dimensional optical information carrier is presented. The information carrier comprises formatting marks disposed on the nodes of a three dimensional lattice formed by the intersection of equiangular spaced radial planes, equidistantly spaced cylindrical spiral tracks and virtual recording planes.

Приложение 5

United States Patent Application	20070288947
Kind Code	A1
	December 13, 2007

SWING ARM OPTICAL DISC DRIVE

Abstract

Disclosed is a swing type optical disc drive. The drive includes a disc rotating on a disc support and a swing arm pivoted at one of its ends and having a distal end communicating with an encoder. The pivot point and a point on distal end define a swing axis of the arm. The disc further includes an optical system mounted on the arm such that optical axis of the system is parallel with the swing axis and both axes lie in the same plane. A cam actuator imparts a swinging motion to the arm. The swinging motion of the arm positions the plane with the optical axis and the arm axes such that the plane is always tangent to a reading/recording track of the disc.

ТЕХНОЛОГИИ БЕСКОНТАКТНОГО КОНТРОЛЯ В УМНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ

Авторы

Подписка на рассылку