КОМПЬЮТЕРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО
СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРЫ ВНУТРИ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
Пуресев А.И., Сербиновский М.Ю., Лепихова В.А., Сорокин Н.П.
(ЮРГТУ (НПИ), г. Новочеркасск, РФ)
Operative monitoring of dust content of onboard airspace of means of transport is circumscribed with the purpose of maintenance ecological safety.
Создание действенных систем мониторинга уровня комфортности и экологической безопасности в бортовом воздушном пространстве (салоне, кабине и т.д.) подвижных транспортных средств, составной частью которых является отслеживание запыленности воздуха, невозможно без автоматического непрерывного контроля. Автоматический контроль должен обеспечивать непрерывный анализ состояния атмосферы в бортовом пространстве, каналах вентиляции и пылеудаления транспортного средства.
Применяемые для этих целей в отечественной и зарубежной практике методы и измерительная аппаратура не всегда дают положительный эффект. Акустическая спектрально-тембровая методология мониторинга пылевых дисперсных систем с использованием ЭВМ позволяет в значительной степени решить эту проблему: автоматизировать контроль, сделать его оперативным при анализе дисперсного состава пыли и оценки запыленности. Предлагаемая компьютерная идентификация воздушной среды по базовому набору наиболее выраженных дисперсных составляющих основана на анализе сигналов акустической эмиссии (АЭ). В качестве исходных данных при проведении численных экспериментов использовали фонограммы с записью сигналов АЭ для воздушных сред с известными и неизвестными дисперсными составами и процентным содержанием.
В
анализируемой воздушной среде в результате вибровозбуждения генерируется сигнал
акустической эмиссии, который преобразуется в дискретный спектр Фурье. Из общего
спектра, состоящего из множества основных, модальных и тембровых гармоник, выделяют
подспектры значимых основных гармоник, соответствующих определенным отдельным
фракциям пыли. При этом используют последовательность модальных гармоник 
, где 
и 
-
соответственно, частота и амплитуда модальной гармоники j-го подспектра,
а 
,
где m - количество непересекающихся подспектров, принадлежащих отдельным
элементам.
По известным частотам модальных гармоник определяют частоты основных (образующих) гармоник подспектров
где R – множество простых чисел; kj – номер модальной гармоники j-го подспектра.
Выделение основной гармоники, ее модальной и тембровых формирует подспектр. По частоте основной гармоники определяют j-ую фракцию пыли, а ее содержание (%) в анализируемой системе определяют по формуле:
где Nj – количество значимых, отличных от шумовых, гармоник в j-ом подспектре.
Коэффициент
Fj – определяется при исследовании эталонной смеси с известным
содержанием j-ой фракции пыли: 
где 
- известное
содержание фракции пыли в воздухе (%), принятое за эталонное.
На (рис.1а) приведен спектр Фурье конкретной пыледисперсной системы.
|
а) |
|
б) |
Рисунок 1- Дискретный спектр Фурье
По модальным гармоникам этого спектра определены основные и принадлежащие им тембровые, образующие свои подспектры. Например, модальной гармонике с частотой ¦j = 7,4 кHz соответствует основная с ¦o j = 3,7 кHz, известной воздушной среды. На такой частоте (¦Е Э = 3,7 кHz) звучит фракция пыли 73 мкм. Подспектр данной фракции пыли (рис.1б) состоит из 6-ти тембровых гармоник. Содержание этой фракции, определенное по предложенному алгоритму, приведено в табл. Аналогичным образом расшифрованы и определены фракции пыли 23, 37, 44, 58, 73 мкм и их содержание в опытной воздушной среде (табл.).
Таблица 1
|
Пофракционные интервалы пыли, мкм |
23 |
37 |
44 |
58 |
73 |
|
Частота основной гармоники, кHz |
6,1 |
5,5 |
4,9 |
4,3 |
3,7 |
|
Процентное содержание фракции во всем шумовом поле, % |
7,88 |
4,06 |
8,44 |
3,39 |
3,48 |
Таким образом, представленная компьютерная технология оценки экологического состояния атмосферы внутри транспортного средства позволяет контролировать воздушную среду как по фракционному, так и по процентному содержанию фракций в контролируемой среде.