Сейсмический сенсор СС-1

Антисейсмическая защита зданий и сооружений
Вступление
02-04.06.2011 Варна, Булатом-2011
2
Вступление
Землетрясение достаточно серьезное природное явление которое
может коренным образом повлиять на ход истории того или иного
государства. Землетрясения сопровождают всю историю
человечества создавая те или иные разрушения и унося многие
жизни.
Квазислучайный характер события усиливает опасность
последствий. На сегодняшнее время можно только говорить о
вероятности землетрясения, степени сейсмоопасности той или иной
географической зоны. Точно предсказать время и дату
возникновения землетрясения на данном этапе не возможно. Но на
сегодняшний день есть методы, хотя достаточно позднего, но все же
предупреждения о надвигающемся землетрясении, ограниченные
несколькими минутами.
02-04.06.2011 Варна, Булатом-2011
3
Вступление
Карта землетрясений в течении последних 5 лет
02-04.06.2011 Варна, Булатом-2011
4
Вступление
Первый сейсмограф
Вуда-Андерсона
02-04.06.2011 Варна, Булатом-2011
Современный сейсмограф
(конец XX века)
5
Вступление
Недавняя авария на АЭС «Фукусима» еще раз подтвердила, что
антисейсмическая защита промышленных объектов, особенно, таких как
атомные станции, имеет огромное практическое значение, для человеческого
общества.
Для обеспечения автоматической аварийной остановки реактора при
землетрясениях заданной интенсивности предусматривается применение
системы сейсмометрического контроля и сигнализации, формирующей
команды на остановку реактора, а также автоматическую регистрацию
колебаний на уровне подошвы здания реакторной установки. Такие решения
нацелены на максимальную предусмотрительность, значительно
превышающую ту, что считается необходимой для других типов сооружений. В
этой связи к сейсмодатчикам систем аварийной защиты ядерных реакторов
предъявляются жесткие требования к показателям надежности и стабильности
метрологических характеристик.
02-04.06.2011 Варна, Булатом-2011
6
Вступление
 Известны применяемые в измерительной технике для измерения
параметров колебаний пьезоэлектрические сейсмоприемники,
состоящие из инерционного элемента, совмещенного с
пьезоэлектрическим преобразователем. Неудовлетворительная
чувствительность и точность измерений низкочастотных колебаний, а
также значительная чувствительность указанных датчиков к не
измеряемым компонентам, не позволяют применять их в системах
аварийной защиты реакторов
 Известны также датчики, в которых в качестве преобразователя
сейсмических колебаний в электрический сигнал применяется
дифференциальный трансформатор. В них подвижные и неподвижные
обмотки дифференциального трансформатора размещены на корпусе
и инерционном элементе соответственно. Их взаимное смещение при
воздействии на датчик сейсмоускорения, изменяя коэффициент
трансформации, приводит к пропорциональному изменению
амплитуды выходного сигнала
02-04.06.2011 Варна, Булатом-2011
7
Вступление
К числу недостатков указанных датчиков относятся
неудовлетворительная стабильность метрологических характеристик
и низкая устойчивость к воздействию электромагнитных помех,
характерных для процесса эксплуатации на энергетических объектах.
В настоящее время известны сейсмодатчики, предназначенные для
работы в составе аппаратуры индустриальной антисейсмической
защиты, в которых в качестве сейсмоприемников используются
индукционные виб-т рометры, обладающие высокой
чувствительностью. Однако и эти сейсмодатчики обладают рядом
существенных недостатков, к которым относятся невозможность
калибровки всего измерительного тракта без применения виброиспытального оборудования, ограниченный частотный диапазон
измерений в области низких частот, невысокая точность,
неудовлетворительная устойчивость к электромагнитным помехам.
02-04.06.2011 Варна, Булатом-2011
8
Сейсмический сенсор
НПП «Радий»
02-04.06.2011 Варна, Булатом-2011
9
Сейсмический сенсор СС-1
В последнее время появилась новая технология измерения ускорения, основанная
на микроэлектромеханических системах MEMS (Micro-Electro Mechanical Systems).
MEMS включает интеграцию на кремниевой основе интегральных схем и
подвижных структур механических элементов.
Используя MEMS технологию на НПП
«Радий» был разработан сенсор
сейсмический СС-1 с техническими
характеристиками, полностью
отвечающими современным
требованиям.
02-04.06.2011 Варна, Булатом-2011
10
Сейсмический сенсор СС-1
Сенсор сейсмический СС-1 был разработан для установки в системах
антисейсмической защиты атомных станций.
При разработке сенсора была определена стратегия которая обеспечивает:
надежность сенсора в течении длительного срока эксплуатации
реализацию функции самодиагностики
привязку к месту установки, готовность работы сенсора через 1 мин после
включения
легкость изменения пороговых уровней ускорений срабатывания (П1, П2)
заданная точность срабатывания во всем частотном диапазоне
предотвращение срабатываний вызванных воздействием промышленных
колебаний
возможность удаленного мониторинга и настройки блока по цифровому
каналу связи RS – 485
повторяемость изделия
02-04.06.2011 Варна, Булатом-2011
11
Сейсмический сенсор СС-1
Отличительные особенности СС-1:
 применение сейсмочувствительных элементов основанных на
использовании MEMS-технологии
 обработка полученных измерений производится математически в цифровом
формате
 коэффициент преобразования и начальное значение выходного тока при
нулевом ускорении рассчитывается как линейное уравнение
 заданная амплитудно-частотная характеристика формируется системой
подавления постоянной составляющей ускорения и рекурсивными
цифровыми фильтрами по каждому каналу измерения
 отсутствие аналоговых элементов в цепях измерения и обработки
 отсутствие таких факторов как токи утечки, нестабильность входного
импеданса, нестабильность коэффициента преобразования
02-04.06.2011 Варна, Булатом-2011
12
Сейсмический сенсор СС-1
Основные технические характеристики СС-1:









диапазон измеряемых ускорений
рабочий диапазон частот
точность измерения сейсмоускорения (0,05-22 Гц)
скорость затухания АЧХ за пределами 32 Гц
количество аналоговых выходов
токовый диапазон работы аналоговых выходов
количество дискретных выходов
максимальная коммутируемая мощность
напряжение питания датчика

полная взаимная гальваническая развязка между



потребляемая мощность
габаритные размеры датчика
масса
02-04.06.2011 Варна, Булатом-2011
0,05 – 17 м/с2.
0,05…32 Гц
±5%
> 8 Дб/Окт
4 (AP(X), AP(Y), AP(Z), АО )
0..5, 4..20 мА
3 (П1, П2, Неисправность)
60 Вт
220 В 50 Гц
24 В (постоянное напряжение)
(AP(X), AP(Y), AP(Z), АО); П1; П2;
Неисправность; RS-485
5 Вт
210х190х50
2,0 Кг
13
Сейсмический сенсор СС-1
Учитывая, что сенсор предназначен для использования в атомной
промышленности, где цена ошибки очень велика, особое внимание при
разработке было уделено функциям самодиагностики, производимых по
следующим параметрам:






диагностика бортового напряжения питания
диагностика напряжения питания датчиков
диагностика механической структуры датчиков
диагностика температуры кристаллов датчиков
диагностика установочных параметров датчиков
диагностика скорости нарастания сигнала ускорения по всем каналам
измерения X, Y, Z
 диагностика целостности установочных параметров блока
 диагностика целостности программного кода блока
 диагностика целостности выходных токовых линий Ax, Ay, Az, AO
При нарушении хотя бы одного из параметров срабатывает дискретный выход
«Неисправность», что позволяет в случае выхода из строя отдельных элементов
датчика предотвратить ложную остановку реактора
02-04.06.2011 Варна, Булатом-2011
14
Сейсмический сенсор СС-1
Впервые в изделии подобного типа включена система предотвращения
ложных срабатываний вызванных колебаниями не сейсмического характера
(индустриальными колебаниями).
При превышении ускорения установленного порогового уровня срабатывание
происходит не сразу, а при выполнении одного из критериев:
 суммарная длительность превышений превысила заданное значение, при
этом импульсы длительностью менее заданного значения в расчет не
берутся
 общее число превышений порогового уровня превысило заданное
значение
 обнуление параметров (обновление статистики) произойдет только в
случае, если в течении определенного времени не будет ни одного
события превышения уровня
Анализируя характер индустриальных воздействий на конкретном объекте,
устанавливают необходимые значения параметров фильтрации.
02-04.06.2011 Варна, Булатом-2011
15
Сейсмический сенсор СС-1
В СС-1 имеется два независимых канала пороговых уровней, для
каждого из которых ведется собственный анализ на
предотвращение ложного срабатывания, с собственной
статистикой и собственными параметрами настройки.
Каналы настроены на разные пороговые значения ускорений и
служат для выдачи предупредительного и аварийного сигнала
превышения уровня.
Для изменения пороговых значений ускорений, изменения
частотной характеристики, установки параметров подавления
ложных срабатываний, изменению режимов работы сенсора или
удаленного мониторинга работы к каждому экземпляру сенсора
прилагается программное обеспечение которое устанавливается
на персональный компьютер с операционной системой Windows
02-04.06.2011 Варна, Булатом-2011
16
Сейсмический сенсор СС-1
Общий вид программы управления и мониторинга
02-04.06.2011 Варна, Булатом-2011
17
Сейсмический сенсор СС-1
Автоматическая привязка к месту установки
02-04.06.2011 Варна, Булатом-2011
18
Сейсмический сенсор СС-1
Настройка частотных характеристик
02-04.06.2011 Варна, Булатом-2011
19
Сейсмический сенсор СС-1
Установка пороговых значений ускорений и параметров
подавления влияния индустриальных колебаний
02-04.06.2011 Варна, Булатом-2011
20
Спасибо за внимание!
Научно-производственное предприятие «Радий»
Украина, г. Кировоград, ул. Героев Сталинграда, 29
e-mail: [email protected]
http://www.radiy.com