Чаще всего понятие «интеллектуальный сенсор» используется для обозначения датчиков нового поколения, в которых применяются современные вычислительные возможности и более сложные алгоритмы обработки информации, позволяющие улучшить их функциональные характеристики. В 2009 году в России вступил в силу новый госстандарт, который четко определил понятие интеллектуального датчика как устройства, обладающего функцией метрологического самоконтроля.
– Это означает, что, в отличие от всех других приборов, измерительное устройство имеет такую характеристику как погрешность. Исправность этого прибора понимают в смысле метрологической исправности. Если погрешность датчика не выходит за допустимые пределы, то считается, что он метрологически исправен, – поясняет кандидат технических наук, доцент кафедры информационно-измерительной техники Высшей школы электроники и компьютерных наук ЮУрГУ Олег Бушуев.
Олег Юрьевич на протяжении семи лет проводит исследования в области интеллектуальных сенсоров, сотрудничая с профессором Оксфордского университета Манусом Патриком Генри – специалистом с мировым именем в области обработки сигналов, измерительной техники и самодиагностики.
Работа по созданию интеллектуального датчика осложняется тем, что интеллектуальным он может считаться в случае владения определенными алгоритмами автоматического самоконтроля и проверки текущей погрешности. Если южно-уральским ученым удастся воплотить этот функционал в приборе, то можно будет решить очень важную (в том числе и с экономической точки зрения) задачу – увеличить межповерочный интервал. Некоторые приборы нельзя поверять без демонтажа, поэтому в идеале интеллектуальный сенсор должен сам заложить некий алгоритм определения своей исправности.
– Эта концепция в систематическом виде была последовательно изложена в трудах сотрудников Оксфордского университета в начале 90-х годов, – продолжает Олег Юрьевич. – Именно профессор Генри и является автором концепции, которая в западной литературе называется Self-validation или Self-Validating Sensor (SEVA Sensor), а по-русски – самоаттестующийся или самопроверяющийся сенсор. Смысл в том, что сенсор проверяет, не утратил ли датчик свой функционал с точки зрения метрологии. Интеллектуальный датчик должен уметь «сказать», что с ним не так, до того, как неисправность станет явной.
На практике реализовать это довольно сложно, поскольку устройств очень много, как и вариантов воплощения замысла. Идея доктора Генри состоит в том, чтобы определить возможные источники погрешности и причины выхода из строя, например, кориолисового расходомера. Он предлагает новую, более совершенную конструкцию, позволяющую избежать дефектов. Разработка даст возможность обеспечить надежную работу датчика при наличии вибрации трубопровода, а также длительный срок службы и простоту эксплуатации расходомера, высокую точность измерения массового расхода. Идея усовершенствования приборов и идея самодиагностики идут бок о бок – можно сказать, что это одна и та же задача, но по-разному сформулированная.
– В ЮУрГУ независимо от Оксфорда работают над улучшением отечественных кориолисовых расходомеров. Мы выполняем определенную часть задач, чтобы создать интеллектуальные сенсоры. Это многошаговый процесс: прежде чем выйти на готовый прибор, необходимо проверить множество гипотез: например, какие характеристики технологического процесса влияют на параметры сигнала, какие сигналы можно использовать для наших целей. Нужны разного рода эксперименты, – говорит Олег Бушуев.
Учёные Южно-Уральского государственного университета ведут разработки в области датчиков давления. Ими создана новая перспективная конструкция такого датчика, которая как раз обладает функцией самодиагностики: внутри обычного преобразователя давления предусмотрена возможность возбуждения этой конструкции тестовыми сигналами – при помощи ультразвука. Характеристики этих сигналов оцениваются разными математическими методами. Один из них, предложенный доктором Манусом Генри, называется PRISM.
– Наша идея связана с тем, чтобы создать интеллектуальный датчик давления и использовать метод PRISM (как один из возможных) для обработки сигналов, – рассказывает Олег Бушуев. – Задача интересна для профессора Генри тем, что сигналы нашего датчика давления кратковременные, что усложняет процесс оценки их параметров. Доктору Генри пришлось модифицировать свой метод, чтобы он работал для наших сигналов – в этом и состояла основная трудность, но мы ее преодолели.
Результаты совместной работы южно-уральских ученых и их коллег из Оксфорда представлены в июне на конференции IEEE 26th International Symposium on Industrial Electronics (ISIE) в Эдинбурге и скоро будут опубликованы в высокорейтинговом научном журнале Industrial Electronics Magazine. Кроме того, Манус Патрик Генри руководит международной Лабораторией технической самодиагностики и самоконтроля приборов и систем ЮУрГУ, что позволяет рассчитывать на дальнейшее успешное сотрудничество между университетами. Ученые планируют совместно разрабатывать перспективные идеи – в частности, рассматривается возможность работы над проектом по созданию интеллектуальных сенсоров температуры для госкорпорации «Росатом».
