Методика і алгоритми контролю працездатності і діагностики сейсмометріческіх каналів в телеметричних системах сейсмомоніторінга на великих спорудах

Квашин Е.В.

Наводяться результати досліджень і розробок на системі автоматичного телеконтролю працездатності реєстраційних комплексів в системах сейсмомоніторінга на великих особливо важливих спорудах. Запропоновано алгоритм реалізації контролю без переривання аналізу сигналів на їх корисність та реєстрації корисних подій.

Актуальність оснащення великих особливо важливих споруд, зокрема гідротехнічних, автоматизованими системами сейсмометріческіх спостережень (АССН) не викликає сумнівів і підтверджується Законом про безпеку гідротехнічних споруд Республіки Узбекистан від 1999 р.

В / 1/нами обгрунтована і сформульована задача телеконтролю працездатності сейсмометріческіх каналів реєстраційних комплексів АССН, що забезпечує їх високу надійність і тим самим зменшує ризик втрати чи спотворення корисної сейсмоінформаціі. Там же визначено три необхідних види такого контролю -- оперативний кількісний всіх каналів реєстраційного комплексу РК, вибірковий якісний контроль будь-якого бажаного каналу та реєстрація перехідних характеристик всіх каналів РК для подальшого їх побудови амплітудно і фазово-частотних характеристик і поставлено завдання мінімізації витрати часу на контроль з метою зниження ризику пропуску реєстрації непередбачуваних в часі сейсмічних подій.

В результаті раніше проведених досліджень/1/вибраний ефективний метод аналізу якості каналів, заснований на оцінці їх перехідних характеристик (відгуків), несуть повну інформацію про статистичних і динамічних параметрах сейсмометріческіх каналів. Для цього сейсмопріемнік (СП) кожного каналу порушується струмом, що подається протягом необхідного часу в його робочу котушку, і тим самим вона виводитися з рівноважного стану до заданого положення в зазорі, а потім струм відключається. У результаті на виході котушки має місце відгук, який зіставляється з еталонним для даного типу СП (рис. 1). Порівняння їх здійснюється в точці контролю (Т.К.) на відгуку в межах вікна контролю (О.К.). Причому, така процедура проводиться для кожного СП двічі - з позитивним і негативним збудливими струмами. У розглянутому нами РК двухполярной струмові посилки з необхідними амплітудою і тривалістю формуються програмно-керованим генератором струму.

                             
Описаний метод аналізу якості каналу вимагає виведення маятника СП з рівноважного стану на 0,7-0,8 від величини його робочого зазору, що і визначає величину збудливого струму і час його дії.

Найбільш простим і ефективним варіантом порушення СП є безперервна сходинка струму (рис. 1). Нами проведено детальних аналіз цього варіанту, що, як і подальші матеріали даної статті, докладно викладено у звіті за 2003 р по держзамовленням Координаційної Ради з науково-технічного розвитку «Центр з науки і технологій »Кабінету міністрів РУ (Контракт № П-20.33).

Наведемо тут лише підсумкові висновки з цього аналізу у вигляді і "проти" реалізації режимів контролю каналів при порушенні їх СП безперервної сходинкою струму.

Режим контролю може виконуватися лише монопольно, тобто з відключенням аналізу поточної інформації на її корисність, і тим самим, з імовірністю пропуску реєстрації сигналів землетрусів, що виникають під час контролю.

Час контролю - від 20 сек при вибірковому кількісному контролі одного бажаного каналу і до 10-20 хвилин (залежно від кількості каналів в системі спостережень) при контролі всіх каналів з реєстрацією їх повних перехідних характеристик.

Алгоритми та їх програмна реалізація прості і економічні по часу.

Схематехніческая і програмна компоненти, що забезпечують генерацію та передачу сходинок струму в СП економічні і прості.

Витрата часу на фази збудження СП і реєстрації відгуку каналу фізично мінімально необхідні.

                             
Таким чином єдиним, але досить значним недоліком даного варіанта режиму контролю є великий час нечувтствітельності системи до непередбачуваним корисним сигналами.

В зв'язку з цим розглянуто варіант порушення СП каналів цугом імпульсів (рис. 2), при якому досягається та ж мета, що і при використанні безперервної сходинки струму, але за більш тривалий час через менший ефективності розріджених коротких струмових посилок до робочої котушку СП.

Але при цьому з'являється програмна можливість суміщення контролю каналів на їх працездатність з безперервним поточним аналізом сигналів на їх корисність. Детальні алгоритми такого поєднання для всіх трьох видів контролю, зазначених вище, і для декількох варіантів алгоритмічної та апаратної реалізації режимів збудження СП цугамі імпульсів викладені у згаданому вище річному звіті.

Тут наведемо лише висновки з цього методу організації контролю працездатності каналів, які зводяться до наступного.

Аналіз поточних сейсмосігналов та реєстрація при визнанні їх корисними по всіх прийнятим інформативним ознаками зберігаються при виконанні всіх трьох видів контролю працездатності сейсмометріческіх каналів системи спостережень.

Схемотехнічні компонента реєстраційного комплексу АССН проста і не відрізняється від варіанту збудження СП безперервної сходинкою струму.

алгоритмічна і програмна реалізація режимів контролю досить прості і не громіздкі.

Абсолютне час протікання режимів контролю з цугамі імпульсів значно перевершує виключно з безперервної сходинкою струму (до десятків разів), що часом не зручно з-за тривалого очікування результатів контролю.

Остання є єдиним недоліком, хоча тут і немає переривання режиму аналізу та реєстрації корисних сигналів землетрусів.

Нами переглянуті ряд варіантів прискорення процесу контролю, але всі вони, поліпшуючи цей показник, породжують інші недоліки.

В результаті запропоновано гібридний варіант порушення СП, об'єднуюча переваги обох розглянутих вище. Резюме алгоритм його реалізації зводитися до наступного.

Як і у варіанті з безперервної сходинкою струму збудження СП, оператором включається бажаний вид контролю каналів.

При повному контролі всіх каналів в черговий канал організується подача безперервної сходинки струму, як описувалося вище. Паралельно йде підрахунок стандартних для РК тактів опитування каналів, як і в звичайному режимі очікування корисних сигналів. Коли в лічильнику тактів встановлюється номер каналу (такту), призначеного в системі до аналізу на корисність сигналів, здійснюється переривання сходинки струму в тестованому каналі, що досягається закриттям його ключа в системному прохідному комутаторі каналів, і відкривається ключ аналізованого на корисність каналу. Сигнал з нього надходить на підсилювач і далі на АЦП, код з якого передається в машину, і далі на його індивідуальний аналізатор програми розпізнавання корисних сигналів. У наступному такті відновлюється сходинка струму в тестованому каналі, аж до номера (такту) наступного аналізованого на корисність каналу. Після завершення прорахунку всіх каналів системи в даному циклі здійснюється перехід на новий цикл. І так до заданої кількості циклів, що визначає задану для даного типу СП тривалість сходинки струму. Якщо в системі спостережень до аналізу призначені три канали, а це, як правило так, то сумарний час переривання сходинки струму в тестованому каналі становить близько 5% від її тривалості, що практично не впливає на час повного збудження СП.

Якщо за час порушення даного СП програмою аналізу та розпізнавання сигналів не вироблений повний ознака їх корисності, здійснюється перехід на фазу реєстрації перехідної характеристики, як це описувалося раніше. При появі ж такого ознаки здійснюється безумовне переривання режиму контролю (з запам'ятовуванням номера каналу, на якому воно відбулося) і перехід на режим реєстрації сигналів по всіх каналах на задану тривалість. Після завершення цієї реєстрації здійснюється автоматичне повернення в режим контролю на перерваний канал.

Фаза реєстрації відгуку реалізується другою частиною програми контролю, яка запускається після завершення роботи програми стимуляції каналу. У ній спочатку встановлюються всі необхідні параметри реєстрації, як-то тривалість відгуку, розташування точки контролю на ньому і вікно контролю і потім запускається наскрізний рахунок каналів (тактів) починаючи з першого. При досягненні в лічильнику номера тестуємого каналу в цьому ж такті організовується прийом, посилення, оцифровка ординати відгуку каналу з ідентифікатором у вигляді його номера.

Далі триває холостий рахунок тактів до номера найближчого за рахунком аналізованого на корисність каналу, де стандартно організується опитування його і передача коду ординати сигналу в аналізатор, як і у фазі стимуляції каналу. І так до кінця циклу прорахунку каналів з подальшим переходом на наступний цикл, аж до заданого їх кількості, що визначає тривалість відгуку СП тестуємого каналу.

Після завершення реєстрації даного відгуку організується тестування того ж каналу зі сходинкою струму другу полярності або починається тестування наступного каналу. І так до останнього каналу в системі спостережень, після чого формується файл повних перехідних характеристик всіх каналів з таблицею працездатності каналів, або тільки таблиця з ідентифікатори у вигляді імені файлу контролю.

Переривання режиму контролю при реєстрації відгуків у разі появи ознаки корисності сигналів здійснюється так само, як і у фазі стимуляції СП.

Розглянемо ситуацію, коли тестується один з каналів, призначених для аналізу сигналів на корисність. Відзначимо, що тестування їх особливо важливо, що не вимагає доказів. У цьому випадку єдиним виходом є виключення цього каналу з процесу розпізнавання на час його контролю. У результаті аналіз і розпізнавання здійснюється по двох каналах з трьох, що декілька погіршує його достовірність, але лише в бік збільшення можливості реєстрації сигналів від локальних промислових перешкод на споруді, так як послаблюється інформативність ознаки територіальної кореляції сигналів від землетрусів.

Така коректування алгоритму розпізнавання базується на порівнянні номера чергового тестуємого каналу з номерами аналізованих.

При збігу з будь-яким з них відключається відповідний йому канальний аналізатор сигналів і рішення про корисність події в розпізнавачем РК приймається з двох замість трьох канальних ознак корисності.

Резюмуючи викладені вище результати досліджень і розробок з автоматичного телеконтролю працездатності сейсмометріческіх каналів у реєстраційних комплексах натурних спостережень на великих спорудах можна зробити наступне висновок.

Застосування методики порушення сейсмоканалов сходинками струму з короткими їх переривань на час аналізу сигналів на їх корисність в призначених точках споруди, забезпечує мінімізацію абсолютного часу контролю до фізично обумовленого і безперервність очікування сигналів землетрусів та їх реєстрацію.

Список літератури

Квашин Е.В., Пак В.В. Метод автоматичного контролю сейсмометріческіх каналів і його аналіз.// «Сейсмічні прилади», вип.15 - М.: Наука. 1982.