izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2020-5-30-35izmertech-1792Research ArticleМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯMECHANICAL MEASUREMENTSСтруктурные методы повышения точности измерений расхода веществ в трубопроводахStructured methods for improving flow measurement accuracy in pipelinesАхобадзеГ. Н.AkhobadzeG. N.

Москва

Gurami N. Akhobadze

Moscow

ahogur@yandex.ruИнститут проблем управления им. В. А. Трапезникова РАНРоссияV. A. Trapeznikov Institute of Control Sciences of Russian Academy of SciencesRussian Federation202006072023053035Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1792

Рассмотрена актуальная в эпоху цифровой трансформации технологических процессов в промышленности и науке проблема разработки и создания интеллектуальных датчиков расходов сыпучих и жидких веществ, транспортируемых по трубопроводам. С этой целью в статье предложены новые подходы к повышению точности измерений микроволновых расходомеров. С учётом характеристик распространяющихся по трубопроводу электромагнитных волн проведён анализ волны, рассеянной на неоднородностях контролируемой среды. Выявлены особенности преобразования поляризованной рассеянной волны, ограничивающие геометрические размеры трубопровода и оптимизирующие значения полезного рассеянного сигнала. Обоснована целесообразность съёма информационного сигнала с ортогональной поляризацией рассеянной волны и через направленный ответвитель. Разработана методика оценки точности измерений с привязкой отношения сигнал– шум на входе устройства обработки. Показано, что результаты исследований можно использовать в криогенном машиностроении для измерений объёмного и массового расходов жидких криопродуктов.

In the age of digital transformation of production processes in industry and science the development and design of intelligent flow sensors for granular and liquid substances transferring through pipelines becomes more important. With this in view new approaches for improving the accuracy of microwave flowmeters are proposed. Taking into account the characteristics of electromagnetic waves propagating through a pipeline, a wave scattered by inhomogeneities of the controlled medium is analyzed. Features of the transformation of the polarized scattered wave limiting the geometric dimensions of the pipeline and optimizing the values of the useful scattered signal are revealed. Expediency of collection of the information signal with orthogonal polarization of the scattered wave and through a directional coupler is substantiated. The method of estimating the measurement accuracy with reference to the signal-to-noise ratio at the input of the processing device is given. The research results can be used in cryogenic machine engineering to measure volume and mass flows of liquid cryogenic products.

неоднородностьдифракциярассеивающий объёмшумовая модуляцияэлектромагнитная волнасъём сигналаполяризациярассеянная волна.inhomogeneitydiffractionscattering volumenoise modulationelectromagnetic wavesignal collectionpolarizationscattered wave.ReferencesФедюнин П. А., Дмитриев Д. А., Воробьёв А. А., Чернышов В. Н. Микроволновая термовлагометрия. М.: Машиностроение-1, 2004. 208 с.Fedyunin P. A., Dmitriev D. A., Vorob’ev A. A., Chernyshov V. N., Mikrovolnovaya termovlagometria, Moscow, Mashinostroenie-1 Publ., 2004, 208 p. (in Russian).Володько А. В., Краснов Р. П., Юдин В. И. Электромагнитные поля и волны. Ч. 2. Электромагнитные волны и колебания в волноводах и резонаторах. Учебное пособие. Воронеж: МИКТ, 2008. 173 с.Volod’ko A. V., Krasnov R. P., Yudin V. I., Elektromagnitnye polya i volny. Ch. 2. Electromagnitnye volny i kolebaniya v volnovodakh i rezonatorakh. Uchebnoe posobie, Voronezh, IICT Publ., 2008, 173 p. (in Russian).Ботов М. И. Основы теории радиолокационных систем и комплексов. Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2013. 530 с.Botov M. I., Osnovy teorii radiolokatsionnykh system i kompleksov, Krasnoyarsk, Siberian Federal University Publ., 2013, 530 p. (in Russian).Гужов В. И., Несин Р. Б., Емельянов В. А. Представление преобразования Френеля в дискретной форме // Автоматика и программная инженерия. 2016. № 1 (15). С. 91–96.Guzhov V. I., Nesin R. B., Emel’yanov V. A., Automatics & Software Enginery, 2016, no. 1 (15), pp. 91–96 (in Russian).Соколов С. А. Волоконно-оптические линии связи и их защита от внешних влияний. Учебное пособие. М.: ИнфраИнженерия, 2019. 172 с.Sokolov S. A., Volokonno-opticheskie linii svyazi i ikh zashchita ot vneshnikh vliyanii. Uchebnoe posobie, Moscow, Infra-Inzheneriya Publ., 2019, 172 p. (in Russian).Belokopytov G. V., Zhuravlev A. V. The eff ect of thin surface layeron Mie scattering resonances, Proceedings of SPIE, 2006, vol. 6258, pp. 1–12.Belokopytov G. V., Zhuravlev A. V., The eff ect of thin surface layeron Mie scattering resonances, Proceedings of SPIE, 2006, vol. 6258, pp. 1–12.Parshin A. Yu., Parshin Yu. N., Usage of non-Gaussianstatistics for RF signals detection by complex energy and fractal detector, Proceedings of International radar symposium – IRS 2013, Germany, Drezden, German Institute of Navigation, 2013, vol. II, pp. 779–784.Parshin A. Yu., Parshin Yu. N., Usage of non-Gaussianstatistics for RF signals detection by complex energy and fractal detector, Proceedings of International radar symposium – IRS 2013, Germany, Drezden, German Institute of Navigation, 2013, vol. II, pp. 779–784.Понемаренко В. И., Лагунов И. М. Радиопоглощающая структура на основе резистивных квадратов // Электромагнитные волны и электронные системы. 2018. Т. 23. № 6. С. 30–35. DOI:10.18127/j15604128-201806-05.Ponemarenko V. I., Lagunov I. M., Electromagnetic Waves and Electronic Systems, 2018, vol. 23, no. 6, pp. 30–35 (in Russian). DOI:10.18127/j15604128-201806-05Сивоконь В. П. Поляризация коротких волн в ионосферном канале связи // Электросвязь. 2007. № 7. С. 55–58.Sivokon’ V. P., Electrosvyaz, 2007, no. 7, pp. 55–58.Ледней М. Ф., Тарнавский А. С. Обмен энергией между электромагнитными волнами на дифракционной решётке директора в плоском волноводе с нематическим слоем // Кристаллография. 2013. Т. 58. № 5. С. 713–720.Lednei M. F., Tarnavskii A. S., Kristallografi ya, 2013, vol. 58, no. 5, pp. 713–720 (in Russian).Мищенко С. В., Малков Н. А. Проектирование радиоволновых СВЧ приборов неразрушающего контроля. Тамбов: Издательство Тамбовского государственного технического университета, 2003. 128 с.Mishchenko S. V., Malkov N. A., Proektirovanie radiovolnovykh SVCH priborov nerazrushayushchego kontrolya, Tambov, Tambov State Technical University Publ., 2003, 128 p. (in Russian).Татаринов В. Н, Татаринов С. В., Лигтхарт Л. П. Введение в современную теорию поляризации радиолокационных сигналов. Т. 1. Поляризация плоских электромагнитных волн и её преобразования. 2-е изд. Томск: ТУСУР, 2012. 381 с.Tatarinov V. N., Tatarinov S. V., Ligkhart L. P., Vvedenie v sovremennuyu teoriyu polyarizatsii radiolokatsionnykh signalov. Vol. 1. Polyarizatsiya ploskikh elektromagnitnykh voln i ee preobrazovaniya, Tomsk, TUSUR Publ., 2012, 381 p. (in Russian).Деев В. В. Методы модуляции и кодирования в современных системах связи. СПб.: Наука, 2007. 133 с.Deev V. V., Metody modulyatsii i kodirovaniya v sov remennykh sistemakh svyazi, Saint Petersburg, Nauka Publ., 2007, 133 p. (in Russian).Черногубов Н. С., Пашковец А. В. Исследование техногенных электромагнитных полей // Молодой учёный. 2014. № 20. С. 20–25.Chernogubov N. S., Pashkovets A. V., Molodoi uchenyi, 2014, no. 20, pp. 20–25 (in Russian).Sun L., Yin Y.-Z., Lei X., Wong V., A novel miniaturized branch-line coupler with equivalent transmission lines, Progress In Electromagnetics Research Letters, 2013, vol. 38, pp. 35–44.Sun L., Yin Y.-Z., Lei X., Wong V., A novel miniaturized branch-line coupler with equivalent transmission lines, Progress In Electromagnetics Research Letters, 2013, vol. 38, pp. 35–44.Владимиров В. И., Владимиров И. В., Наметкин В. В. Избранные вопросы радиоэлектронного подавления цифровых сигналов систем радиосвязи. Воронеж: ВАИУ, 2010. 119 с.Vladimirov V. I., Vladimirov I. V., Nametkin V. V., Izbrannye voprosy radioelektronnogo podavlenya tsifrovikh signalov sistem radiosvyazi, Voronezh, VAIU Publ., 2010, 119 p. (in Russian).Mongia R. K., Bahl I. J., Bhartia P., Hong J., Gupta K. C. (ed.), RF and microwave coupled-line circuits, 2nd ed., Boston, MA, Artech House, 2007, 549 p.Mongia R. K., Bahl I. J., Bhartia P., Hong J., Gupta K. C. (ed.), RF and microwave coupled-line circuits, 2nd ed., Boston, MA, Artech House, 2007, 549 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.