Имитатор магнитных аномалий для поисковых феррозондовых магнитометров
|
Введение 14
1 Электромагнитные методы и средства поиска объектов в водной среде 16
1.1 Сравнительный анализ электромагнитных методов поиска 16
1.2 Особенности измерения магнитной индукции в океане 20
1.3 Измерительные преобразователи магнитометрического метода 22
1.4 Измерительные преобразователи индукционного метода 32
1.5 Современные поисковые магнитометры 37
2 Моделирование объектов поиска 42
2.1 Исследование зависимости распределения магнитного поля Земли
вблизи объекта от параметров объекта 43
2.2 Моделирование объектов сложной формы 46
2.3 Выводы по результатам моделирования объектов поиска 48
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 50
4.1 Организация и планирование работ 50
4.2 Расчет сметы затрат на проектирование 54
4.2.1 Расчет материальных затрат 54
4.2.2 Расчет заработной платы 55
4.2.3 Расчет затрат на социальный налог 56
4.2.4 Расчет затрат на электроэнергию 56
4.2.5 Расчет амортизационных расходов 57
4.2.6 Расчет прочих расходов 59
4.2.7 Расчет общей себестоимости разработки 59
4.2.8 Расчет прибыли 60
4.2.9 Расчет налога на добавленную стоимость 60
4.2.10 Цена разработки 60
4.3 Оценка экономической эффективности проекта 60
5 Социальная ответственность 62
5.1 Требования санитарных правил и норм 62
5.1.1 Электромагнитные и электростатические поля 63
5.1.2 Микроклимат 64
5.1.3 Освещение 65
5.1.4 Электрический ток 66
5.2 Организационные мероприятия обеспечения безопасности 67
5.3 Региональная безопасность 70
5.4 Пожарная безопасность 71
5.5 Влияние разработки на экологическую обстановку 73
Заключение 74
Список публикаций 76
Список использованных источников 77
Приложение А (обязательное). Вариации индукции магнитного поля Земли вблизи объекта при различных значениях параметров объекта 82
Приложение Б (обязательное). Расчет трудоемкости выполнения работ 88
Приложение В (обязательное). Раздел, выполненный на иностранном языке
1 Электромагнитные методы и средства поиска объектов в водной среде 16
1.1 Сравнительный анализ электромагнитных методов поиска 16
1.2 Особенности измерения магнитной индукции в океане 20
1.3 Измерительные преобразователи магнитометрического метода 22
1.4 Измерительные преобразователи индукционного метода 32
1.5 Современные поисковые магнитометры 37
2 Моделирование объектов поиска 42
2.1 Исследование зависимости распределения магнитного поля Земли
вблизи объекта от параметров объекта 43
2.2 Моделирование объектов сложной формы 46
2.3 Выводы по результатам моделирования объектов поиска 48
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 50
4.1 Организация и планирование работ 50
4.2 Расчет сметы затрат на проектирование 54
4.2.1 Расчет материальных затрат 54
4.2.2 Расчет заработной платы 55
4.2.3 Расчет затрат на социальный налог 56
4.2.4 Расчет затрат на электроэнергию 56
4.2.5 Расчет амортизационных расходов 57
4.2.6 Расчет прочих расходов 59
4.2.7 Расчет общей себестоимости разработки 59
4.2.8 Расчет прибыли 60
4.2.9 Расчет налога на добавленную стоимость 60
4.2.10 Цена разработки 60
4.3 Оценка экономической эффективности проекта 60
5 Социальная ответственность 62
5.1 Требования санитарных правил и норм 62
5.1.1 Электромагнитные и электростатические поля 63
5.1.2 Микроклимат 64
5.1.3 Освещение 65
5.1.4 Электрический ток 66
5.2 Организационные мероприятия обеспечения безопасности 67
5.3 Региональная безопасность 70
5.4 Пожарная безопасность 71
5.5 Влияние разработки на экологическую обстановку 73
Заключение 74
Список публикаций 76
Список использованных источников 77
Приложение А (обязательное). Вариации индукции магнитного поля Земли вблизи объекта при различных значениях параметров объекта 82
Приложение Б (обязательное). Расчет трудоемкости выполнения работ 88
Приложение В (обязательное). Раздел, выполненный на иностранном языке
В настоящее время экологическая обстановка в морях и океанах требует постоянного наблюдения и контроля. В связи с этим актуальной является проблема разработки точных методов и средств поиска, отслеживания и изучения подводных трубопроводов, кабелей и других объектов [1].
Трубопроводы, подводные лодки, обломки причальных конструкций и военной техники (далее - объекты), находящиеся под водой, в глинистых и песчаных отложениях, выполнены преимущественно из ферромагнитных материалов. Ферромагнитный объект изменяет естественное магнитное поле Земли (МПЗ), создавая его аномалию. Таким образом, измерение изменения МПЗ позволяет обнаружить объект под водой или в других укрывающих средах [2].
Актуальность работы заключается в необходимости разработки точных средств поиска и отслеживания подводных объектов. В качестве средств поиска используются магнитометры. Для их калибровки, исследования и настройки необходим имитатор магнитных аномалий.
Цель работы - моделирование и разработка имитатора магнитных аномалий с высокой степенью однородности магнитного поля для калибровки поисковых магнитометров.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
- исследование зависимости распределения магнитной индукции объекта от его параметров;
- определение требований к точности магнитометров;
- аналитический обзор электромагнитных методов поиска объектов и средств создания магнитного поля;
- моделирование катушек различной конструкции для создания магнитных полей и разработка имитатора магнитных аномалий на их основе.
Объектом исследования является увеличение объема однородного магнитного поля имитатора магнитных аномалий.
Предмет исследования - имитатор магнитных аномалий для калибровки магнитометров.
Научная новизна заключается в разработке конечно-элементных моделей конструкций имитатора магнитных аномалий с высокой степенью однородности поля.
Результаты, приведенные в работе, могут быть использованы для калибровки, исследования и настройки феррозондовых магнитометров.
Промежуточные результаты по теме данной работы были представлены на Х11 Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и современные информационные технологии» в 2014 году, а также в 2015 году в журнале «IOP Conference Series: Materials Science and Engineering».
Трубопроводы, подводные лодки, обломки причальных конструкций и военной техники (далее - объекты), находящиеся под водой, в глинистых и песчаных отложениях, выполнены преимущественно из ферромагнитных материалов. Ферромагнитный объект изменяет естественное магнитное поле Земли (МПЗ), создавая его аномалию. Таким образом, измерение изменения МПЗ позволяет обнаружить объект под водой или в других укрывающих средах [2].
Актуальность работы заключается в необходимости разработки точных средств поиска и отслеживания подводных объектов. В качестве средств поиска используются магнитометры. Для их калибровки, исследования и настройки необходим имитатор магнитных аномалий.
Цель работы - моделирование и разработка имитатора магнитных аномалий с высокой степенью однородности магнитного поля для калибровки поисковых магнитометров.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
- исследование зависимости распределения магнитной индукции объекта от его параметров;
- определение требований к точности магнитометров;
- аналитический обзор электромагнитных методов поиска объектов и средств создания магнитного поля;
- моделирование катушек различной конструкции для создания магнитных полей и разработка имитатора магнитных аномалий на их основе.
Объектом исследования является увеличение объема однородного магнитного поля имитатора магнитных аномалий.
Предмет исследования - имитатор магнитных аномалий для калибровки магнитометров.
Научная новизна заключается в разработке конечно-элементных моделей конструкций имитатора магнитных аномалий с высокой степенью однородности поля.
Результаты, приведенные в работе, могут быть использованы для калибровки, исследования и настройки феррозондовых магнитометров.
Промежуточные результаты по теме данной работы были представлены на Х11 Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и современные информационные технологии» в 2014 году, а также в 2015 году в журнале «IOP Conference Series: Materials Science and Engineering».
В данной работе был проведен обзор существующих электромагнитных методов поиска ферромагнитных объектов, которые могут применяться в различных укрывающих средах, в том числе под водой. Рассмотрены основные преобразователи магнитометрического и индукционного метода. На основании проведенного анализа было определено, что магнитометрический метод поиска является наиболее предпочтительным за счет максимальной глубины обнаружения и безопасности поиска взрывоопасных объектов.
В результате моделирования в программе “COMSOL Multiphysics” была исследована зависимость распределения индукции магнитного поля Земли вблизи объекта поиска от параметров объекта и получены следующие результаты:
- вариации длины объекта от равной его диаметру до десятикратного увеличения практически не влияют на изменение магнитного поля в направлении перпендикулярном длине объекта;
- увеличение диаметра объекта прямо пропорционально увеличивает изменение магнитного поля в направлении перпендикулярном длине объекта. Для объекта диаметром 0,5 м изменение магнитного поля на расстояние 2 м составляет 1 % или 500 нТл. Аппроксимировать изменение естественного магнитного поля от ферромагнитного объекта возможно с помощью кубической параболы;
- вариации относительной магнитной проницаемости практически не влияют на изменение магнитного поля в направлении перпендикулярном длине объекта.
Для калибровки, исследования и настройки поисковых феррозондовых магнитометров был проведен расчет и моделирование имитатора магнитных аномалий с высокой степенью однородности. Были промоделированы типовые системы, базирующиеся на конструкциях аксиальных или радиальных катушек.
По результатам моделирования для проектирования имитатора магнитных аномалий с высокой степенью однородности генерируемого магнитного поля, были выбраны катушки Гельмгольца и катушки cosO. По сравнению с катушками Гельмгольца предложенная конструкция имитатора генерирует на 50 %больший объем однородного магнитного поля (с относительной неоднородностью в пределах 1 %) в аксиальном направлении и на 10 % больший - в радиальном направлении. В то же время в сравнении с катушками cosO однородность магнитного поля имитатора меньше.
Повысить однородность поля имитатора можно, обеспечив питание систем катушек от разных источников тока. Это усложняет конструкцию и делает ее экономически неэффективной. Поэтому при близких значениях относительной неоднородности нет смысла изменять конструкцию. Таким образом, для калибровки феррозондовых магнитометров лучше использовать катушки cosO.
В результате моделирования в программе “COMSOL Multiphysics” была исследована зависимость распределения индукции магнитного поля Земли вблизи объекта поиска от параметров объекта и получены следующие результаты:
- вариации длины объекта от равной его диаметру до десятикратного увеличения практически не влияют на изменение магнитного поля в направлении перпендикулярном длине объекта;
- увеличение диаметра объекта прямо пропорционально увеличивает изменение магнитного поля в направлении перпендикулярном длине объекта. Для объекта диаметром 0,5 м изменение магнитного поля на расстояние 2 м составляет 1 % или 500 нТл. Аппроксимировать изменение естественного магнитного поля от ферромагнитного объекта возможно с помощью кубической параболы;
- вариации относительной магнитной проницаемости практически не влияют на изменение магнитного поля в направлении перпендикулярном длине объекта.
Для калибровки, исследования и настройки поисковых феррозондовых магнитометров был проведен расчет и моделирование имитатора магнитных аномалий с высокой степенью однородности. Были промоделированы типовые системы, базирующиеся на конструкциях аксиальных или радиальных катушек.
По результатам моделирования для проектирования имитатора магнитных аномалий с высокой степенью однородности генерируемого магнитного поля, были выбраны катушки Гельмгольца и катушки cosO. По сравнению с катушками Гельмгольца предложенная конструкция имитатора генерирует на 50 %больший объем однородного магнитного поля (с относительной неоднородностью в пределах 1 %) в аксиальном направлении и на 10 % больший - в радиальном направлении. В то же время в сравнении с катушками cosO однородность магнитного поля имитатора меньше.
Повысить однородность поля имитатора можно, обеспечив питание систем катушек от разных источников тока. Это усложняет конструкцию и делает ее экономически неэффективной. Поэтому при близких значениях относительной неоднородности нет смысла изменять конструкцию. Таким образом, для калибровки феррозондовых магнитометров лучше использовать катушки cosO.