Цифровая фильтрация

При воздействии очень высоких температур и весьма агрессивных сред большое значение имеет применение неметаллических покрытий. Наибольшие различия в защитных свойствах проявляют органические и неорганические покрытия.

О р г а н и ч е с к и е покрытия создаются на основе пленкообразователей, искусственных смол, резины.

Лакокрасочные покрытия наиболее широко применяются для защиты изделий от коррозии в условиях влажной атмосферы, воздействия водопроводной, речной, морской воды.

Лаки представляют коллоидные растворы высыхающих масел, смол, эфиров целлюлозы в летучих органических растворителях: ацетоне, скипидаре, этилацетате, бензоле, бензине.

Краски являются суспензией минеральных красителей типа оксидов свинца, цинка, железа, алюминия, сажи и др. в органических пленкообразователях таких, как олифа, масляносмоляные смеси. В окрасочную суспензию добавляют в качестве порошковых наполнителей слюду, тальк, графит, повышающих механическую прочность пленки, а также сиккативы для ускоренного затвердевания масляной пленки при ее окислении и высыхании на воздухе, к которым относятся органические соли свинца, кобальта, марганца.

Нанесение лакокрасочных покрытий производится в несколько слоев с промежуточной сушкой каждого слоя. При этом покрытия наносят погружением изделий в окрасочную суспензию, а также кистью или напылением с помощью сжатого воздуха. Использование электростатического поля в процессе напыления обеспечивает притяжение отрицательно заряженных частиц краски к положительно заряженным изделиям. Благодаря этому значительно улучшаются плотность, прочность и защитные свойства покрытия, снижаются потери краски при напылении.

Полимерные покрытия предусматривают использование полиэтилена, полистирола, фторопласта-3, полиамида, каучука, эбонита, а также различных смол типа асфальтобитумной, фенолоформальдегидной, эпоксидной, кремнийорганической и др. Изделия покрываются за счет погружения в жидкий полимер, а также методом газотермического или пневматического напыления либо путем футеровки металлической поверхности. Пневматическое напыление сухой порошковой полимерной краски производится в электростатическом поле с окончательным формированием покрытия на изделиях путем нагрева и оплавления полимерного слоя в печи. Футеровка поверхностей выполняется с применением листового либо плиточного полимерного материала типа текстолита, винипласта, эбонита, а также специальных видов замазки.

Н е о р г а н и ч е с к и е покрытия наносятся с применением цемента, бетона, эмалей и керамики.

Цементные и бетонные покрытия используются для защиты трубопроводов и резервуаров от воздействия воды и слабых водносолевых растворов.

Эмалевые покрытия отличаются стеклообразным состоянием, что обеспечивает специальная смесь компонентов – фритта. В зависимости от своего состава и свойств эмали применяются для антикоррозионной защиты изделий при обычных температурах, а также при действии высоких температур.

Антикоррозионные эмали содержат в качестве фритты порошковую смесь минеральных солей, куда входят бура Na₂B₄O₇, полевой шпат, криолит Na₃AlF₆, боросиликатное стекло. Такие покрытия наносятся погружением, кистью, напылением с последующей холодной или горячей сушкой. Свойства покрытий обеспечивают защиту изделий от действия влажной атмосферы, солей, кислот, слабых растворов щелочей.

Жаростойкие эмали в составе фритты имеют тугоплавкие оксиды Al₂O₃, Cr₂O₃, TiO₂, SiO₂, которые вместе с некоторыми добавками сплавляются, размалываются в порошок и наносятся на изделия методами погружения либо напыления. Затем производятся сушка и обжиг, что обусловливает спекание частиц покрытия с получением его высокой прочности и жаростойкости до температуры 1500⁰С.

Керамические покрытия создаются с использованием в качестве основы графита, оксидной и бескислородной керамики с различными добавками. В соответствии со своим составом керамические покрытия характеризуются высокими защитными свойствами при коррозионном воздействии химически активных сред либо при воздействии высоких температур.

Антикоррозионные плитки, полосы изготовляют из графита и оксидной керамики с пропиткой термореактивными полимерными смолами. Благодаря высокой кислотостойкости плитки и полосы применяют для футеровки различных емкостей и аппаратов химических производств.

Тугоплавкие покрытия в виде карбидных, нитридных, боридных, силицидных слоев получают путем обработки изделий при высоких температурах в газообразных средах, содержащих углерод, азот, бор, кремний, или за счет контакта с твердофазными материалами, имеющими в своем составе указанные элементы. Парообразное состояние этих элементов используется при нанесении покрытий методом вакуумно-конденсационного напыления. Образующиеся покрытия обеспечивают защиту изделий от воздействия очень высоких температур – до 2000⁰С.

Металлокерамические покрытия отличаются введением в их состав оксидов, карбидов, боридов и других тугоплавких соединений, металлических добавок Ni и Co. Этим улучшаются физико-механические свойства покрытий, включающие пластичность, теплопроводность, ТКЛР. Для нанесения таких покрытий используют способы газотермического напыления с последующим безокислительным отжигом в инертных газах или в вакууме.

Цифровая фильтрация.

После АЦП используют процедуры обработки и фильтрации (для уменьшения шумов и дрейфов). Подбирать требуемый тип цифрового фильтра можно с использованием пакетов программ Мат Лаб (Mathlab) Мат Кад (Mathcad), LabView и др. По этому приведем лишь общие понятия, позволяющие ориентироваться в характеристиках цифровой фильтрации.

5.1 Типовые параметры фильтров.

Параметрами являются граничные частоты полос пропускания и задержания (подавления), степень подавления, тип фильтра, допустимая неравномерность в полосе пропускания. Находится отклик фильтра, он однозначно связана с частотной характеристикой. При увеличении порядка отклика растет загрузка ЭВМ (время счета) и увеличивается задержка сигнала. Длительность отклика фильтра примерно равна τ = 1/∆F, где ∆F – полоса частот пропускания (по уровню 0,7). Это соотношение слабо зависит от типа используемого фильтра. (Для фильтра с характеристикой гауссова вида соотношение τ =1/∆F выполняется точно).

Следует еще привести общее соотношение между частотными характеристиками ФВЧ и ФНЧ: ФВЧ = 1 – ФНЧ_д, где ФНЧ_д – дополняющий фильтр низких частот. Это соотношение позволяет просто находить отклики ФВЧ как разность между входным сигналом и откликом ФНЧ_д, который имеет более простой вид. Приведенное соотношение не противоречиво, если 1 представить как ехр(jωτ), где τ есть время задержки фильтра. На рис 5.1 представлены частотные характеристики сопряженных фильтров (для ФНЧ с прямоугольным откликом).

Эквивалентом фильтрации во временной области является операция свертки входного сигнала с откликом выбранного фильтра:

U(t)_вых = ∫ U_вх(τ)O_ф(t -τ)dτ,

где U_вых(t)-выходной сигнал, U_вх(τ) – входной сигнал, O_ф(t- τ) – отклик фильтра, сдвинутый во времени на τ. Программа МатЛаб использует для нахождение выходного сигнала фильтра именно операцию свертки. Удобно при выборе фильтра выбирать не вид частотной характеристики, а форму его отклика. Общий вид преобразований с использованием откликов хорошо иллюстрируется при рассмотрении «трансверсального» фильтра рис 5.2. Такты ЭВМ заменены набором линий задержек. Весовые коэффициенты а_i определяют форму отклика (на рисунке они выбраны единичными), и хорошо понятен выход 2 - времени задержки фильтра. Полное значение числа отводов (или тактов) фильтра называется базой N или окном фильтра. На базе формируется весовая функция отклика. Задержка цифрового фильтра равна половине базы N. Формы весовых функций разнообразны, но если выделяется ее центральная часть с величинами, близкими к 1 (например с уровнем ≥ 0.7), то можно приближенно оценить полосу пропускания ΔF такого фильтра: ΔF ≈ 1/N_0,72T,

где N_0,7 - число отводов с весами, близкими к 1, а Т - период взятия выборки АЦП. Форма весовой функции вне центральной части определяет поведение частотной характеристики в полосе задержания. Если все весовые коэффициенты а_N заменить на коэффициенты (1-а_N),то получим сопряженный фильтр: ФВЧ вместо ФНЧ и наоборот (Рис 5.1.).

Переход в область реального времени от программы производится через величину τ шага программы (выраженного во времени), что наглядно иллюстрируется "трансверсальным" фильтром. Структуры простейшего цифрового RC фильтра представлены в приложении.

6. Необходимые элементы математического анализа.

Интерполяция, аппроксимация, частотная фильтрация, распознавание, надежность процедуры распознавания с использование теории вероятности.

Когда возникли ЭВМ, достижения математиков стали доступны всем инженерам. По этому студентам надо знать важнейшие практические достижения в этой области.