Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Предварительный анализ рынка для автономных бесконтактных систем контроля качества воды и водных растворов
Предварительный анализ рынка для автономных бесконтактных систем контроля качества воды и водных растворов
Количество объектов на которых может быть установлено контрольное оборудование, базирующееся на принципе магнитного резонанса может быть представлено в количествах более чем миллион комплексных объектов, каждый из которых может иметь как минимум две контрольные точки.
Для анализа объёма поставки резонансных контрольных систем принимаем конфигурацию, укомплектованную кроме системы контроля, идентификации и интерпретации характера контрольного сигнала, системой передачи сигнала по существующим каналам связи.
Стоимость системы ориентировочно должна составить 160 000 рублей (2500 долларов США).
Стоимость установки, гарантийного и серийного обслуживания, периодической аттестации, обеспечения запасными частями и инженерного сопровождения в процессе эксплуатации ориентировочно должна составить 30–35 % от стоимости системы, то есть 47 250–55 125 рублей (750–875 долларов США).
Предполагаемый объём рынка – 2,5 миллиарда долларов США по стоимости системы. Предполагаемый объём рынка услуг для комплексных контрольных систем – 875 000 000 долларов США. Предполагаемый общий объём рынка по вышеуказанным системам магниторезонансного контроля – 3,375 миллиарда долларов США.
Такое конструктивное решение в свою очередь позволяет все печатные платы модуля выполнять как РИТМ платы (размерное избирательное травление) с высоким быстродействием, характерным для РИТМ плат.
Сама по себе РИТМ технология позволяет вести изготовление плат на стандартном технологическом оборудовании, включая все операции процесса изготовления – включая линии подготовки поверхности, нанесения фоторезиста, травления и химических и электрохимических покрытий.
Толщина проводников при этом может быть в пределах 25 микрон, при общей толщине платы в 350 микрон.
Рис. 3. Трёхмерная модель внутреннего и наружного диаметров корпуса сенсорного модуля в сечении, которое показывает конструктивный принцип модуля, позволяющий изготовление модуля – как набора двухсторонних печатных плат, разделённых диэлектрическими пластинами, через которые все платы соединяются токопроводящими штифтами
Такие параметры и конструктивные особенности позволяют резко снизить себестоимость изготовления при сохранении высокого качества и оптимальных выходных характеристик.
Рис. 4. Трёхмерная модель экранирующей системы сенсорного модуля, также состоящей из ряда связанных между собой металлических дисков, где связь осуществляется при помощи соединительных штифтов, разнесённых по всему диаметру
Штифты расположены по обе стороны разреза в дисках и такая конструкция обеспечивает исключительную устойчивость в интенсивном резонансном процессе, так как в целом такая система взаимосвязей между элементами экранирующей системы формирует так называемую резонансную пружину, которая оптимально компенсирует колебательные процессы, возникающие при прохождении токового импульса через элементы сенсорного модуля и вызывающие соответствующую резонансную реакцию на импульсы, возбуждающие резонансные явления.
Для успешного внедрения новой технологии безусловно важен объект на котором эта технология должна быть адаптирована.
Лучше всего осуществить это внедрение на серийно выпускаемом объекте, который уже встроен в существующие системы технологического оборудования и пользование которыми представляет собой заранее отработанный операционный процесс, на всех этапах согласованный с требованиями и ограничениями действующих стандартов, в том числе и стандартов экологического направления.
К числу таких объектов более всего подходит стандартный счётчик расхода жидкости.
Рис. 5. Счётчик воды со встроенным контрольным модулем для контроля дополнительных параметров и характеристик воды или водного раствора
Как видно из рисунка, в стандартном счётчике расхода дополнительно формируется поток, параллельный основному потоку, в пропорциональном соотношении 1 к 100. Этот поток вводится в центральное отверстие контрольного сенсора, по наружному диаметру цилиндра
которого установлен соленоид, фиксирующий показатели, например разницы в амплитуде собственных колебаний системы и её изменения в резонансном состоянии.
Как правило, если сенсор хорошо экранирован, то по данному показателю можно определить разницу в амплитудах, которая и является первичным индикатором изменений, например в концентрации солей, в свою очередь являющимся индикатором уровня проводимости и также являющимся индикатором диэлектрической проницаемости.
Чем более надёжным является экранирующая система, тем более точными являются измерения, но это только начало процесса, так как умная составляющая системы по этому показателю начинает аналитическую проверку и сравнение эквивалента искомого показателя со статистическими наработками, заранее заложенными в систему.
Значение встраивания такой умной следящей и измерительной системы в корне меняет характер производственного процесса и делает его дистанционным, так как передача одного сигнала не представляет существенной проблемы.
Рис. 6. Трёхмерная модель счётчика расхода со встроенным сенсорным модулем
Из модели, представленной на рис. 6 видна прямая возможность модификации стандартного счётчика расхода воды с установкой в нижней части дополнительного контрольного модуля со встроенной системой импедансно-резонансного контроля.
Рис. 7. Трёхмерная модель счётчика воды со встроенным дополнительным контрольным модулем с обозначением всех элементов системы:
2201 – вводный трубопровод; 2202 – входной трубопровод счётчика расхода воды; 2204 – циферблат счётчика расхода воды; 2206 – выводной трубопровод; 2207 – корпус дополнительного контрольного модуля со встроенной системой импедансно-резонансного контроля
Рис. 8. Принципиальная трёхмерная модель, объясняющая систему протока жидкости в модифицированном счётчике расхода воды
Система протока характеризуется тем, что очень малая часть протока отделяется от основного потока и направляется на ввод в сенсорный модуль, при этом, как видно из модели вход в измерительный участок трубы сенсора особенным образом профилирован, что бы не создавать даже минимального гидравлического сопротивления.
Кроме того, измерительный участок трубы сенсора расположен значительно ниже основного измеряемого потока, что обеспечивает полное заполнение измерительного участка трубы и самое главное контролирует и обеспечивает оптимальное заполнение и отсутствие газовых пузырей.
Рис. 9. Трёхмерная модель, объясняющая принцип действия концептуальной системы гидродинамического устройства модифицированного счётчика расхода воды со встроенным сенсорным модулем для измерения параллельно с расходом воды других параметров гидродинамической характеристики потока измеряемой жидкости
При всех этапах проектирования и концептуального дизайна прежде всего ставилась принципиальная задача обеспечения минимального уровня влияния всех параметров и кондиций процесса измерения комплексного параметра амплитуды импедансно-резонансного сенсорного устройства на реальный результат измерения.
Многочисленные эксперименты со всей очевидностью показали тот факт, что для получения максимальной точности измерений, усовершенствование всех элементов электронной составляющей импедансно-резонансного процесса имеет чёткий и однозначный предел возможностей, после достижения которого невозможно увеличить точность измерений.
Как показали эксперименты ключ в решении задачи повышения точности измерений имеет место в оптимизации параметров гидродинамики потока направляемого на измерения.
Рис. 10. Трёхмерная модель, объясняющая принцип действия концептуальной системы гидродинамического устройства модифицированного счётчика расхода воды со встроенным сенсорным модулем для измерения параллельно с расходом воды других параметров гидродинамической характеристики потока измеряемой жидкости
Как видно из модели – основной задачей явилась задача стабилизации гидродинамики потока измеряемой жидкости в измерительном цилиндре сенсорного модуля.
Прежде всего поток ввели в системный сообщающийся сосуд, который в системе расположен на наиболее низком уровне по отношению к каналу ввода жидкости в зону контроля и канала вывода жидкости из зоны контроля.
Такое решение сразу обеспечило полное заполнение зоны контроля контролируемой жидкостью и исключило образование пустот и пузырьков в потоке жидкости.
Рис. 11. Трёхмерная модель потока жидкости в комплексном модуле – счётчике расхода воды (жидкости) со встроенным сенсорным модулем
для импедансно-резонансного контроля параметров и концентраций элементов в той же самой жидкости: 107 – воронкообразный глобоидный поток на входе в измерительный цилиндр модуля; 108 – воронкообразный глобоидный поток на выходе из измерительного цилиндра модуля;
106 – комплексная конструкция сенсорного блока для импедансно-резонансного контроля, включающая измерительный соленоид адаптированный
с экранирующим устройством; 201 – измерительный цилиндр модуля
Рис. 12. Трёхмерная модель потока жидкости в комплексном модуле – счётчике расхода воды (жидкости) в осевом сечении со встроенным сенсорным модулем для импедансно-резонансного контроля параметров и концентраций элементов в той же самой жидкости:101 – вводный цилиндр; 102 – выводной цилиндр; 106 – комплексная конструкция сенсорного блока для импедансно-резонансного контроля, включающая измерительный соленоид адаптированный с экранирующим устройством; 201 – измерительный цилиндр модуля
Большое стабилизирующее воздействие на гидродинамику системы оказывает решение о применении на вводе и на выводе жидкости «в» и «из» зоны контроля воронкообразных глобоидных конических каналов, которые в следствие особой геометрии позволили стабилизировать уровень турбулентности в зоне контроля и действия импедансно-резонансного электромагнитного механизма комплексных измерений.
Из модели видно, что канал ввода потока жидкости на контроль находится выше канала вывода потока жидкости из зоны и объёма контроля, то есть жидкость выводится из зоны контроля практически под напором, создаваемым более высоким положением канала ввода. Кроме того, минимальный диаметр воронкообразных потоков на входе в измерительный цилиндр модуля и на выходе из измерительного цилиндра модуля равны внутреннему диаметру измерительного цилиндра модуля.
Также из модели видно, что совокупная длина воронкообразного глобоидного потока на входе в измерительный цилиндр модуля и на выходе из измерительного цилиндра модуля практически более чем в два раза превышает длину измерительного цилиндра модуля.
Рис. 13. Трёхмерная модель (в сечении) потока измеряемой жидкости, включающая измерительный цилиндр модуля с вводной и выводной системами измерительного модуля: 106 – комплексная конструкция сенсорного блока для импедансно-резонансного контроля, включающая измерительный соленоид адаптированный с экранирующим устройством; 107 – воронкообразный глобоидный поток на входе в измерительный цилиндр модуля; 108 – воронкообразный глобоидный поток на выходе из измерительного цилиндра модуля; 201 – измерительный цилиндр модуля
На рис. 13 стрелками обозначена траектория движения жидкости в измерительном цилиндре, включая воронкообразный глобоидный поток на входе в измерительный цилиндр модуля и воронкообразный глобоидный поток на выходе из измерительного цилиндра модуля.
Все показанные элементы потока обеспечивают предотвращение гидродинамических флуктуаций в измерительном цилиндре, что в свою очередь обеспечивает оптимальную точность измерений.
Рис. 14. Полная трёхмерная модель потока измеряемой жидкости,включающая измерительный цилиндр модуля с вводной и выводной системами измерительного модуля:101 – вводный цилиндр; 102 – выводной цилиндр; 106 – комплексная конструкция сенсорного блока для импедансно-резонансного контроля, включающая измерительный соленоид адаптированный с экранирующим устройством; 107 – воронкообразный глобоидный поток на входе в измерительный цилиндр модуля; 108 – воронкообразный глобоидный поток на выходе из измерительного цилиндра модуля
Из рисунка и сечения понятно, что основной задачей при конструировании корпусной конструкции комплексного модуля является задача обеспечения максимального уровня гидродинамической стабильности.
Рис. 15. Сенсорный модуль в осевом сечении:101 – вводный трубопровод; 102 – выводной трубопровод; 103 – нагнетающий канал, образуемый при сборке деталей в модуль; 105 – конструкция сенсора, собранная из печатных плат; 107 – воронкообразный канал на входе в измерительную зону; 108 – воронкообразный канал на выходе из измерительной зоны; 201 – измерительная зона сенсорного модуля; 1201 – фланцевая панель со стороны вывода жидкости из зоны измерения; 1202 – формирующая плита со стороны вывода контролируемого потока из зоны измерения; 1203 – формирующая плита со стороны ввода контролируемого потока в зону измерения; 1204 – фланцевая панель со стороны ввода контролируемого потока жидкости в зону измерения; 1401 – поток жидкости со стороны ввода в зону измерения; 1402 – поток жидкости со стороны вывода из зоны измерения; 1403 – поток жидкости со стороны ввода в сообщающийся сосуд; 1404 – поток жидкости со стороны вывода из сообщающегося сосуда; 1405 – поток жидкости со стороны ввода в нижнюю измерительную ветвь сообщающегося сосуда; 1406 – поток жидкости со стороны вывода из нижней измерительной ветви сообщающегося сосуда
На рис. 16 представлены основные принципы сборки комбинированного аппарата из плоских панелей и печатных электронных плат, изготовленных по РИТМ технологии, где: 101 – трубопровод для ввода жидкости на контроль; 102 – трубопровод для вывода жидкости из зоны контроля; 105 – блок из печатных РИТМ плат формирующий импедансно-резонансный контрольный модуль; 1201 – несущая плата на выходе из системы; 1202 – промежуточная плата на выходе из системы; 1203 – промежуточная плата на входе в систему; 1204 – несущая плата на входе в систему.
Рис. 16. Трёхмерная модель комбинированной корпусной системы для объединённого контрольного устройства, включающего счётчик расхода жидкости и сенсорный модуль для импедансно-резонансного контроля
Рис. 17. Сенсорный модуль в осевом сечении:101 – вводный трубопровод; 102 – выводной трубопровод; 103 – нагнетающий канал, образуемый при сборке деталей в модуль; 105 – конструкция сенсора, собранная из печатных плат; 107 – воронкообразный канал на входе в измерительную зону; 108 – воронкообразный канал на выходе из измерительной зоны; 201 – измерительная зона сенсорного модуля; 1201 – фланцевая панель со стороны вывода жидкости из зоны измерения; 1202 – формирующая плита со стороны вывода контролируемого потока из зоны измерения; 1203 – формирующая плита со стороны ввода контролируемого потока в зону измерения; 1204 – фланцевая панель со стороны ввода контролируемого потока жидкости в зону измерения; 1401 – поток жидкости со стороны ввода в зону измерения; 1402 – поток жидкости со стороны вывода из зоны измерения; 1403 – поток жидкости со стороны ввода в сообщающийся сосуд; 1404 – поток жидкости со стороны вывода из сообщающегося сосуда; 1405 – поток жидкости со стороны ввода в нижнюю измерительную ветвь сообщающегося сосуда;1406 –поток жидкости со стороны вывода из нижней измерительной ветви сообщающегося сосуда
Рис. 18. Прозрачная модель гидродинамической принципиальной системы объединённого мультифункционального счётчика расхода жидкости с обозначенными элементами системы сообщающихся сосудов в зоне действия физических принципов и приёмов импедансно-резонансных методов контроля:103 – вертикальный нагнетающий канал системы сообщающихся сосудов в которую входят входной и выходной вертикальные каналы, горизонтальные глобоидальные соосные ввод и вывод из зоны действия импедансно-резонансных явлений; 104 – вертикальный отводящий канал системы сообщающихся сосудов в которую входят входной и выходной вертикальные каналы, горизонтальные глобоидальные соосные ввод и вывод из зоны действия импедансно-резонансных явлений; 105 – конструктивный блок из пакета печатных плат, составляющих сенсорный модуль импедансно-резонансного контроля; 106 – блок из пакета печатных элементов соленоида сенсора и экранирующей топологической структуры в пакете формирующей экранирующую систему, препятствующую распространению электронного шума; 107 – горизонтальный глобоидный коаксиальный вводный канал сенсорного модуля для импедансно-резонансного контроля; 108 – горизонтальный глобоидный коаксиальный выводной канал сенсорного модуля для импедансно-резонансного контроля; 201 – экранирующая система сенсорного модуля
При всей принципиальной важности получения чёткого ответа на вопрос о реальности получения возможности осуществить полный цикл он-лайн бесконтактного контроля различных параметров и концентраций в жидкостях, все специалисты склоняются к выводу о том, что наиболее полный ответ на этот вопрос может дать пример контроля качества и многих других параметров коровьего молока.
В принципе согласившись с этим доводом, автор считает, что имеется чётко понимаемая необходимость в начале этого сложного процесса проанализировать наиболее актуальные варианты проверок и контрольных операций с формулированием более конкретных задач и параметров для такого контроля.
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 селективной идентификации комплексного цифрового показателя динамического состояния коровьего молока в режиме реального времени представляет собой компактный модуль, предназначенный для работы в условиях молочной фермы или в полевых условиях с питанием от солнечных батарей. Устройство имеет минимальное потребление электроэнергии.
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.
Указанный Комплексный Интегральный Цифровой показатель динамического и электрохимического состояния коровьего молока и наличия мастита и устройство для его измерения в режиме реального времени как патентная заявка под названием «устройство, программа, система и ассоциированный метод его применения» на основании глубокого патентного поиска признаны полностью патентоспособными и могут быть защищены комбинаторной и интегративной патентной аппликацией.
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:
1) первое исполнение предназначено для монтажа на цистернах для контроля качества молока при перевозке и при передаче молока на переработку в молочные продукты;
2) второе исполнение предназначено для установки на гибких или жёстких трубопроводах, по которым молоко направляется в накопительные ёмкости – такое 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.
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.
Указанное устройство, программа, система и ассоциированный метод его применения на основании глубокого патентного поиска также признаны полностью патентоспособными и могут быть защищены комбинаторной и интегративной патентной аппликацией.