Белсенді қос деңгейлі ұйымдастырылған жүйесі ретінде оқыту жүйесін қарастыру

 

 

160

беру  процестерді  ұйымдастыру  жəне  басқаруда  жаңа  əдістерді  қолдануды  талап  етеді.  Бұл  жүйені  дəлме-дəл 

сипаттау  үшін  мүмкіншіліктерді  кеңейтуге  жағдай  тұғыздыратын,  оңтайландырудың  дəлірек  нəтижелерге 

келтіретінін  қос  деңгейлі  белсенді  жүйе  ретінде  оқыту  жүйесін  қарастыру  ұсынылады.  Оқыту  жүйесінің 

элементтер  «белсендігі»  есебінде  негізделген  тестілеудің  моделі  ұсынылады.  Тестілеу  процесін  құрудағы 

ұсынымдар  беріледі.  Тестілеудің  негізгі  талабы  есебімен  ұсынылатын  үлгі – бұл  уақыттың  қысқа  мерзімінде 

оқушының білімі туралы объективті мəліметті алу болып табылады. 

Түйін сөздер: тестілеу, оқыту жүйелері, білім беру, оқытудың сапасы, ұйымдастыру жүйесі. 

 

Ybytayeva G.S. Yaskevich T.V. 

Organization of testing when considering learning system as active two-level organizational system 

Summary.  The article considers the  directions and suggestions  related to improving  learning systems. 

Improving the education system is a prerequisite to the successful development of society, and requires the use of both 

the achievements of computer technology and software, and new techniques in the management and organization of the 

educational process. It is proposed to consider learning as a two-level system of the active system, which will enhance 

the opportunities for an adequate description of the system, and thus lead to more accurate results optimization. It is 

proposed the model of  testing,  based on consideration of  "activity"  element  training system.  Recommendations are 

given for  the construction of  the testing process.  A proposed model  with the  basic  requirements  of testing obtains 

objective data on the students' knowledge in the shortest period of time. 

Key words: testing, training systems, education, quality of teaching, the organizational system. 

 

 

УДК 004.4:621.311 

 

Аналиева А.У., Громков Н.В., Жоао А.Ж., Сатыбалдиев О.С. 

Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева, 

г. Алматы, Республика Казахстан 

oraz_55_55@mail.ru 

 

ИЗМЕРЕНИЕ И КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ С ПОМОЩЬЮ 

ИНТЕГРИРОВАННЫХ ON-LINE СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ 

ДАТЧИКОВ И АЛЬТЕРНАТИВНЫХ 

ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ 

 

Аннотация. В настоящее время наблюдается повышение требований к эффективности транспортировки 

газа  и  высокопарафинистой  нефти  по  трубопроводам,  а  также  к  разработке  и  внедрению  различных  средств 

дистанционных  измерений,  способных  работать  в  широком  диапазоне  температур  и  нестабильности 

источников  питания,  контролю  характеристик  гидродинамических  процессов.  Благодаря  интернет-

технологиям,  сетям  мобильной  связи  и  передачи  информации  появилась  возможность  создания 

инфраструктуры,  технических  средств  и  технологии  для  построения  интегрированных  информационных ON-

LINE  систем,  позволяющих  проводить  непрерывный  контроль  основных  параметров  нефтегазовых 

трубопроводов  по  всей  длине  их  следования,  включая  труднодоступные  места,  с  использованием 

возобновляемых  источников  энергии  и  современных  интеллектуальных  датчиков.  В  данной  работе 

представлена  разработка  структуры  интегрированной ON-LINE информационной  системы  с  применением 

частотных  интегрирующих  развертывающих  преобразователей  на  микромощных  операционных  усилителях, 

запитанных от солнечных элементов питания.  

Ключевые  слова.  Нефтегазопровод,  измерение  и  контроль  параметров,  информационная  система, 

интеллектуальные  датчики,  частотные  интегрирующие  развертывающие  преобразователи,  возобновляемые 

источники энергии. 

 

В связи с интенсивным развитием нефтегазовой добывающей промышленности и транспортировки 

углеводородов  на  большие  расстояния  с  каждым  годом  предъявляются  более  жесткие  требования  к  их 

качеству  и  эффективности  транспортировки  и  переработки.  Условия  добычи  усложняются  в  связи  с 

истощением  природных  запасов  так  называемых  «лёгких»  фракций  и  переходе  на  добычу 

высокопарафинистой  «тяжелой»  нефти,  что  создаёт  дополнительные  трудности  при  транспортировке. 

При этом необходим более жесткий контроль гидродинамических процессов, происходящих в нефте- и 

газопроводах,  с  целью  более  эффективного  процесса  транспортировки,  который  в  сильной  степени 

зависит  от  изменения  температуры  окружающей  среды  и  от  давления  внутри  трубопровода.  В  связи  с 

большими  расстояниями  транспортировки  порой  по  трудным  участкам  пересеченной  местности  и 

отсутствии  вблизи  трубопроводов  источников  электроэнергии  возникают  проблемы  измерения  и 

контроля основных параметров нефтегазовых трубопроводов на отдельных его участках. 

Для решения данной проблемы предлагается информационно-измерительная ON-LINE система 

для  измерения  давления  и  температуры  с  применением  резистивных  датчиков,  интегрирующих 

развертывающих  преобразователей  параметров  датчиков  с  частотным  выходным  сигналом  и 

мобильного  средства  связи  с  независимым  источником  питания,  представляющего  собой  панель  из 

солнечных  элементов  и  аккумуляторной  батареи.  Данная  система  позволяет  мониторить  состояние 

нефтегазовой  транспортной  системы  на  любом  её  участке  как  в  непрерывном  режиме,  так  и  через 

определённые промежутки времени по запросу оператора или по заданной программе. 

Органами  чувств  этих  интегрированных ON-LINE информационных  систем  являются 

разнообразные  датчики  физических  величин  (ДФВ),  которые  преобразовывают  измеряемые 

физические  величины  в  электрический  сигнал.  В  нашем  случае  в  качестве  первичных 

преобразователей  давления  и  температуры  служат  резистивные  датчики  на  основе  нано-и 

микроэлектромеханических  систем  (НИМЭМС),  а  в  качестве  вторичных  преобразователей – 

частотные  интегрирующие  развертывающие  преобразователи  на  микромощных  операционных 

усилителях  с  выходным  сигналом  в  виде  напряжения  прямоугольной  формы  типа  «меандр»  с 

частотой,  зависящей  от  изменения  сопротивления  датчика  температуры  или  давления.  Частотный 

сигнал  может  передаваться  с  помощью  мобильной  связи  на  любые  расстояния  и  обрабатываться  с 

помощью блока приема и обработки информации. 

Обобщенная структура интегрированной ON-LINE информационной системы [1]   измерения и 

контроля параметров нефтегазопроводов приведена на рис. 1. 

 

 

 

Рисунок 1 – Обобщенная структура интегрированной ON-LINE информационной системы измерения и 

контроля параметров нефтегазопроводов 

 

На заданном участке нефтепровода (с индексами 1-1, 1-2, ...1-n) или газопровода (с индексами 

m-1, m-2,… m-n)  размещены  объектовые  модули  (ОМ),  каждый  в  составе  одного  или  нескольких 

ДФВ  (например,  температуры  и  давления),  модуля  управления  и  приемопередатчика,  связанного  с 

общим для всех ОМ групповым приемопередатчиком (ГПП). ГПП подключен к блоку управления и 

обработки информации (БОИ), как получаемой от ОМ, так и поступающей от модуля ММС связи с 

сетью мобильной связи. Результаты обработки измерительной информации за тот или иной интервал 

времени могут накапливаться в блоке накопления информации (БНИ). 

В  зависимости  от  специфики  ИИС  возможны  различные  варианты  алгоритмов  управления,  в 

том числе: 

6.

 

с последовательным опросом состояния ОМ; 

7.

 

с периодическим или спорадическим запросом и передачей информации от определенного 

ОМ в сеть мобильной связи: 

 

 

161

 

 

162

8.

 

с  автоматической  передачей  информации  от  ОМ  по  программе,  заложенной  в  его  модуле 

управления. 

Первый  вариант  используется  в  том  случае,  когда,  как  правило,  не  требуется  высокого 

быстродействия, вполне пригодны ДФВ с низкочастотным выходом. 

К  ИИС  со  спорадическим  запросом  и  передачей  информации  относятся  системы  для 

пользователей  мобильными  телефонами,  выдающими,  информацию  по  запросу  пользователя 

средством мобильной связи.  

В  ИИС  с  автоматической  передачей  информации  от  ОМ,  например,  в  системах  контроля 

динамики  переходного  процесса  того  или  иного  параметра  контролируемого  объекта, 

предпочтительно  применение  ДФВ  с  высокочастотным  выходом.  Например,  датчик  перемещений  с 

высокочастотным  выходом  позволяет  контролировать  динамику  срабатывания  предохранительных 

клапанов высокого давления с периодичностью отсчета 10

-5

 секунды при погрешности квантования, 

не превышающей 1% от значения измеряемого перемещения. Дополнительным преимуществом ДФВ 

с 

высокочастотным 

выходом 

является 

возможность 

прямой 

беспроводной 

передачи 

высокоуровневого выходного радиосигнала, модулированного по частоте измеряемой величиной. 

Среди  большого  многообразия  выпускаемых  отечественной  и  зарубежной  промышленностью 

датчиков  физических  величин  наибольшей  популярностью  пользуются  резистивные,  емкостные  и 

индуктивные  датчики.  Датчики  резистивного  типа  (тензорезистивные,  терморезистивные, 

пьезорезистивные  и  т.п.)  занимают  особое  место  в  силу  своей  многофункциональности  при 

измерении давлений, температур, механических деформаций, перемещений, ускорений и др., а также 

простоты  схемной  реализации  измерительной  цепи  (ИЦ),  высокой  технологичности,  надёжности  и 

возможности  адаптации  к  преобразователям  аналоговых  сигналов  в  частоту,  код,  цифру.  Выходной 

сигнал  ИЦ  современных  датчиков  резистивного  типа,  как  правило,  пропорционален  изменению 

сопротивления  или  относительному  изменению  сопротивлений  для  измерительных  цепей  и  может 

быть  в  виде  постоянного  или  переменного  напряжения,  тока.  ИЦ  могут  быть  собраны  по  мостовой 

схеме,  с  источником  тока  или  в  виде  делителя  напряжения.  Мостовые  измерительные  схемы 

применяют  постоянный  и  переменный  токи.  Существуют  мостовые  уравновешенные  и 

неуравновешенные  схемы.  Уравновешенные  мосты  требуют  ручной  или  автоматической 

балансировки, в то время как неуравновешенные мосты не требуют. Делитель напряжения позволяет 

снимать  только  часть  напряжения  посредством  элементов  электрической  цепи,  состоящей  из 

резисторов,  конденсаторов  или  катушек  индуктивности.  Источники  питания  ИЦ  включаются  по 

последовательно-параллельной  схеме  для  увеличения,  как  тока,  так  и  напряжения.  При  этом 

основываются  на  том,  что  параллельное  включение  увеличивает  силу  тока,  а  последовательное 

увеличивает общее напряжение. 

Частотные  преобразователи  (ЧП)  имеют  некоторые  преимущества  при  передаче  выходного 

сигнала на большие расстояния, по сравнению с аналоговыми выходными сигналами в виде тока или 

напряжения, с точки зрения помехоустойчивости и использования беспроводной линии связи. 

В  большинстве  выпускаемых  на  сегодняшний  день  датчиков  резистивного  типа  для  питания 

ИЦ (первичных преобразователей, ДФВ) используются стабилизированные источники питания (тока 

или  напряжения),  которые  определяют  параметры  выходного  сигнала,  пропорциональные 

напряжению питания ИЦ. 

Известны  также  преобразователи  сигналов  с  датчиков  с  применением  аналого  -цифровых 

преобразователей  или  микропроцессоров.  Однако  они  требуют  дополнительной  настройки 

применительно  к  каждому  конкретному  датчику  или  специальной  программы,  что  требует 

повышенной квалификации при настройке информационно - измерительных цепей. 

Частотные преобразователи [2], собранные на операционных усилителях ОУ, отличаются своей 

простотой, малым потреблением энергии, не требуют дополнительных настроек и стабилизируемых 

источников  питания. В функцию преобразования указанных частотных  преобразователей не  входит 

напряжение питания. 

Актуальной  задачей  на  сегодняшний  день  является  создание  микромощных  частотных 

преобразователей, с  простым схемным  решением и  малым  потреблением  мощности,  которые  могут 

питаться  от  автономных  источников  питания  (например:  солнечных  элементов  и  аккумуляторов)  и 

передача  информации  на  большие  расстояния  с  помощью  различных  средств  беспроводной  связи 

(Wi-Fi, Bluetooth, WiMAX). 

В  качестве  примера,  рассмотрим  схему [3] частотного  интегрирующего  развертывающего 

преобразователя,  собранного  на  двух  микромощных  операционных  усилителях  (ОУ),  с 

тензорезистивным  датчиком  давления  в  составе  объектного  модуля  ОМ,  представленную  на  рис. 2. 

Схема  содержит  интегратор,  выполненный  на  ОУ1  и  компаратор - на  ОУ2.  Питание  мостовой  ИЦ 

осуществляется двухполярным напряжением прямоугольной формы типа «меандр» непосредственно 

с выхода компаратора.  

 

 

 

Рисунок 2 – Функциональная электрическая схема частотного интегрирующего развертывающего 

преобразователя с тензорезистивным датчиком давления 

 

На рис.3 представлены временные диаграммы, поясняющие работу частотного преобразователя 

сигналов на выходе компаратора (в т. "c") и интегратора (в т. "a"). 

 

 

 

Рисунок 3 - Временные диаграммы, поясняющие работу частотного преобразователя сигналов 

 

Результаты  экспериментальных  исследований  показали,  что  схемы,  собранные  на  ОУ  типа 

154УД3А и 140УД17, обладают сравнительно высокими точностными характеристиками в широком 

диапазоне  выходных  частот  (от  единиц  кГц  до  нескольких  десятков  кГц)  и  девиации  выходной 

частоты в зависимости от разбаланса мостовой схемы ИЦ (от сотен Гц до нескольких кГц). При этом 

ток потребления от источников питания при номинальных напряжениях (порядка 12±3В) составлял 

порядка 10мА. 

Для  уменьшения  потребляемой  мощности  данного  ЧП  была  собрана  схема  на  микромощном 

ОУ типа 140УД12. 

В результате исследований выяснилось, что ток потребления при тех же заданных напряжениях 

 

 

163

 

 

164

питания  и  параметрах  ИЦ  уменьшился  примерно  на  два  порядка  и  составил  величину,  не 

превышающую 35 мкА.  Однако  наблюдалось  искажение  временных  диаграмм  выходных  сигналов 

интегратора  и  компаратора  в  силу  того,  что  при  уменьшении  напряжения  питания  изменялись 

характеристики  ОУ  (коэффициент  усиления,  скорость  нарастания  фронта  и  др.),  что  приводит  к 

увеличению  погрешности  преобразования,  связанную  с  изменением  напряжения  питания.  На  рис.3 

показаны графики изменения частоты выходного сигнала ЧП от приложенного напряжения питания в 

диапазоне от 9В до 15В (при номинальном значении 12В), т.е. на ±25%. Измерения проводились на 

разных диапазонах выходных частот (5 кГц и 10 кГц). 

В  качестве  рекомендаций  можно  предложить  использование  частотных  преобразователей, 

выполненных  на  микромощных  ОУ,  на  более  низких  частотах  (порядка  единиц  кГц)  и  отклонении 

напряжения  питания  от  номинального  не  более 10%. При  этом  общий  ток  потребления  ЧП  может 

составлять величину порядка 10 -20 мкА. Это позволяет использовать для питания схемы солнечные 

элементы с аккумуляторами небольшой емкости и устанавливать данные объектные модули в любой 

точке  нефтегазопровода  независимо  от  наличия  централизованного  снабжения  электрической 

энергией  возможность  передачи  информации  о  состоянии  трубопроводной  системы  на  большие 

расстояния,  тем  самым  осуществляя  постоянный  контроль  и  повышая  эффективность  нефте-

газопроводной системы транспортировки углеводородов. 

 

ЛИТЕРАТУРА 

1.  Аналиева  А.У.,  Громков  Н.В.,  Ломтев  Е.А.,  Харитонов  П.Т.  Интеллектуальные  датчики  физических 

величин  для  интегрированных ON-LINE информационных  систем.  Измерение.  Мониторинг.  Управление. 

Контроль. – 2014. – № 2(8). – С. 41–47. 

2.  Громков  Н.В.,  Интегрирующие  развёртывающие  преобразователи  параметров  датчиков  систем 

измерения, контроля и управления: монография/ Н.В. Громков. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2009. - 244 с. 

3. Патент РФ №2398196, G01L 9/04, B81B 1/00. Васильев В.А., Громков Н.В. Устройство для измерения 

давления  на  основе  нано-и  микроэлектромеханической  системы  с  частотным  выходным  сигналом.  От 

08.09.2009, опубл. 27.08.2010, Бюл. №24.  

 

REFERENCES 

1. Analieva A. U., Gromkov N. V., Lomtev E. A., Haritonov P.T. Intelligent sensors of physical quantities for ON-

LINE integrated information systems. Measurement. Monitoring. Management. Control. - 2014. - № 2 (8). - P. 41-47. 

2. Gromkov N. V., Integrating converters deploy sensor parameters measurement systems, monitoring and 

control: monograph/N. V. Gromkov. - Penza. Penza State University, publ., 2009 - 244 p. 

3. RF Patent №2398196, G01L 9/04, B81B 1/00. V.A. Vassiliev, Gromkov N. V. Measuring device for the 

pressure based on nano-and microelectromechanical system frequency output signal. From 08.09.2009, publ. 

27.08.2010, Bull. №24. 

 

Analieva A. U., Gromkov N. V., Joao A. J., Satybaldyev O.S. 

Measurement and control oil and gas pipelines through integrated on-line systems  

based on intelligent sensors and alternative power supplies 

Abstract.  Currently, there is an increase of the performance requirements of gas transportation and highly 

paraffinic crude pipelines, as well as the development and implementation of various means of remote metering, 

capable of operating over a wide temperature range and instability of power supplies, control characteristics of 

hydrodynamic processes. Because of Internet technology, mobile networks and transmission opportunity to create 

infrastructure, facilities and technology for the construction of integrated information ON-LINE systems that allow for 

the continuous monitoring of the main parameters of oil and gas pipelines along the entire length of the journey, 

including the out-of-the-way place, the use of renewable energy sources and modern intelligent sensors. This paper 

presents the development of the structure of the integrated ON-LINE information system using frequency converters for 

integrating deploying micropower operation amplifier’s, energized by solar batteries.  

Key words. Oil and gas pipelines, measurement and control, information system, intelligent sensors, frequency 

converters integrate deploying renewable energy sources. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ибраев Н.Х. 

Карагандинский государственный университет имени Е.А. Букетова 

г. Караганда, Республика Казахстан 

 

ВЛИЯНИЕ ПЛАЗМОНОВ НАНОЧАСТИЦ МЕТАЛЛОВ НА ЭЛЕКТРОННЫЕ  

ПЕРЕХОДЫ В ОРГАНИЧЕСКИХ МОЛЕКУЛАХ 

 

Включение  металлических  наночастиц  в  активные  оптические  среды    может  привести  к 

существенным изменениям эффективных свойств последних в силу того, что поляризация НЧ в поле 

электромагнитной  волны  изменяет  характеристики  этого  поля  в  среде.  В  результате  наблюдаются 

эффекты  влияния  проводящих  тел  на  радиационные  и  безызлучательные  характеристики  атомов  и 

молекул,  о  чем  неоднократно  сообщалось  в  многочисленных  работах.  Интерес  к  данной  теме 

обусловлен как необходимостью уточнения фундаментальных аспектов взаимодействия излучения с 

веществом,  так  и  прикладными  задачами,  поскольку  возможность  контролирования  свойств 

активных сред до сих пор представляет собой важную проблему квантовой электроники.  

В  данной  работе  экспериментально  исследовано  влияние  серебряных  наночастиц  (НЧ)  на 

спектральные характеристики и излучательную способность водных растворов лазерного красителя – 

родамина 6Ж, широко используемых в качестве активной среды жидкостных лазеров.  

Спектр  поглощения  наночастиц  серебра  в  воде  представляет  собой  широкую  полосу  с 

максимумом  на 428 нм  и  хорошо  перекрывается  со  спектрами  поглощения  и  флуоресценции 

родамина  6Ж,  что  свидетельствует  о  выполнении  условий  проявления  плазмонного  резонанса  в 

фотонике  молекул  красителя.  Исследованы  спектры  поглощения  молекул  родамина  6Ж  в 

присутствии  наночастиц  серебра  при  разных  концентрациях.  С  ростом  концентрации  красителя 

полоса  поглощения  уширяется  вследствие  развития  процесса  агрегации.  При  добавлении  в  раствор 

красителя  НЧ  серебра  наблюдается  небольшое  уменьшение  поглощательной  способности  раствора 

красителя. При фотовозбуждении водного раствора красителя концентрации 10

-5

 моль/л наблюдается 

спонтанная  флуоресценция  Р6Ж  с  максимумом  спектра  на 564 и  полушириной  полосы 34 нм.  При 

добавлении  в  водный  раствор  Р6Ж  наночастиц  серебра  интенсивность  флуоресценции  красителя 

зависит от концентрации НЧ Ag. Интенсивность свечения красителя растет вплоть до концентрации 

наночастиц  С

Ag 

= 10

-4

  моль/л,  а  дальнейшее  увеличение  С

Ag

  приводит  к  тушению  флуоресценции. 

Положение максимума полосы и ее полуширина не меняются. 

Генерационные характеристики вынужденного излучения были исследованы при возбуждении 

растворов излучением неодимового лазера на длине волны 532 нм. При малых плотностях мощности 

накачки  наблюдается  спонтанная  флуоресценция  с  теми  же  характеристиками  спектра,  что  и  при 

стационарном  возбуждении.  С  увеличением  мощности  накачки  интенсивность  максимума  полосы 

увеличивается  с  одновременным  сужением  спектра.  При  плотности  мощности  источника  накачки 

Р=0,05  МВт/см

2 

наблюдается  генерация  лазерного  излучения  красителя  с  максимумом  спектра  на 

длине волне 

=559 нм и полушириной 

ген

max



2

/

1





=12,6 нм. В ходе экспериментов было установлено 

влияние  наночастиц  серебра  на  порог  генерации  растворов  родамина  6Ж.  Из  полученных  данных 

видно,  что  в  присутствии  НЧ Ag порог  генерации  лазерного  излучения  существенно  уменьшается 

(более, чем в 10 раз) по сравнению с чистым раствором красителя. 

Для  объяснения  некоторых  из  наблюдаемых  изменений  в  электронных  спектрах  поглощения, 

флуоресценции и вынужденного свечения окрашенных растворов с металлическими наночастицами 

создана  математическая  модель  вынужденных  и  спонтанных  электродипольных  переходов  в 

органических молекулах, расположенных в окрестности отдельной металлической наночастицы. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

165

 

 

166

жүктеу/скачать 35,33 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: