Методическое пособие 807

УДК 528.489:625.712.14

Распознавание объектов дорожной инфраструктуры городской улицы по данным мобильного лазерного сканирования в программе

3D СКАН

М.С. Харичкова1, В.О. Ширяева2, О.В. Гладышева3 1Студент гр. бАД-171, harichkova.m@yandex.ru 2Студент гр. СУЗ-191, ov-glad@ya.ru

3Канд. техн. наук, доцент, ov-glad@ya.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

В статье описывается обработка облака точек, полученного по результатам наземного мобильного лазерного сканирования в программе 3D СКАН. Приводятся этапы работы с облаком точек. Создана цифровая модель местности. Произведено распознавание объектов дорожной инфраструктуры городской улицы.

Ключевые слова: облако точек, мобильное лазерное сканирование, дорожная инфраструктура, цифровая модель рельефа, городская улица.

Использование наземного мобильного лазерного сканирования для получения геопространственной информации позволяет получать плотное облако точек с абсолютной точностью положения объектов при большой скорости сканирования. Высокая детальность и подробность сканирования позволяют проводить распознавание объектов в облаке точек и создавать цифровые модели рельефа и местности.

Программа 3D СКАН позволяет загружать облака точек в различных форматах, производить фильтрацию «шумов» в облаке точек, создавать цифровую модель рельефа, распознавать объекты дорожной инфраструктуры (линии электропередач, дорожные знаки, разметку, бровки, сигнальные столбики и т.д.), создавать топографические объекты для подготовки топопланов, экспортировать данные в различные форматы для дальнейшей работы с проектом.

При обработке данных мобильного лазерного сканирования автомобильных дорог и наличии геопозиционированных фотографий, отснятых камерой мобильной сканирующей системы, программа позволяет выполнить автоматический поиск и классификацию дорожных знаков по фотографиям и облаку точек.

При разработке проекта капитального ремонта улицы Ворошилова в городе Воронеж в качестве исходных данных используются облака точек и панорамные снимки, которые были получены в результате работы системы наземного мобильного лазерного сканирования Topcon IP-S3.

Для получения цифровой модели местности был произведен импорт облака точек в программу 3D СКАН. Вид облака точек приведен на рис. 1.

260

Рис. 1. Вид облака точек в программе 3D СКАН

Выполнена подгрузка Веб-карт и фотоизображений в виде панорам, а также проведено преобразование облака точек в цифровую модель рельефа, как показано на рис. 2 и 3.

Рис. 2. Вид панорам в программе 3D СКАН

В программе 3D СКАН проведено распознавание по облаку точек объектов дорожной инфраструктуры: разметки, бордюров и столбов дорожных знаков, линий электропередач. Выполнен автоматический поиск дорожных

261

знаков по фотоизображениям с геопространственной привязкой с последующей локализацией положения знаков по облаку точек и интерактивной проверкой результатов.

Рис. 3. Вид рельефа, выделенного из облака точек, в программе 3D СКАН

Определено положение точечных и линейных объектов ситуации для создания по ним топографических объектов.

В результате обработки облака создана цифровая модель рельефа, которая экспортирована в программу CREDO ДОРОГИ для проектирования капитального ремонта городской улицы.

Таким образом, использование программы 3D СКАН дало возможность создать цифровую модель местности высокой точности для проектирования капитального ремонта городской улицы и повысить производительность труда при выполнении проектно-изыскательских работ.

Литература

3D СКАН. Создание цифровой модели местности по облакам точек. Руководство пользователя. Минск: СП Кредо-Диалог, 2020. 124 с.

262

УДК 621.646.1

Расчет рабочих характеристик соленоида при определении конструктивного облика электромагнитного клапана

А.С. Целоусова1, В.С. Левин2, А.Ф. Ефимочкин3 1Студент гр. РД-171, rd-vgtu@mail.ru 2Аспирант гр. аРД-20, rd-vgtu@mail.ru

3Д-р техн. наук, профессор, rd-vgtu@mail.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Определение оптимальных размеров электромагнитного клапана, создание методики инженерного расчета. Благодаря созданной методике получилось определить, при каких параметрах возможно получить оптимальные размеры электромагнитного клапана.

Ключевые слова: соленоид, электромагнит, электромагнитный клапан (ЭК), конструкция, проектирование.

На данный момент актуальна проблема создания оптимальных параметровЭК. Решение глобальных задач требует модернизация ЭК, потому что очень важно, чтобы при модернизации клапана параметры оставались оптимальными. При создании ЭК должны обеспечиваться такие характеристики, как прочность, надежность, герметичность, ЭК должен иметь минимальную массу и высокие параметры усилия, а также быстродействие, низкое потребление электрического тока, простую конструкция и при всем этом клапан должен иметь наиболее низкую себе стоимость.

ЭК встречаются во многих промышленных отраслях, таких как атомных, машиностроение и во многих других, но наиболее часто они встречаются в ракетно-космических отраслях. Где они могут использоваться для:

-топливные клапаны, предназначены для управления камерой сгорания

игазогенератором (для ракетных двигателей малой и средней тяги);

-клапаны, предназначены для подачи газа, при работе главных клапанов (для ЖРД среднего и высокого давления);

-для предпусковых и после пусковых продувок;

-а также возможны и другие предназначения электромагнитных клапанов. Важнейшим элементом ракетно-космической системы являются ЭК,

благодаря которым возможно использовать двигательную установку повторно, то есть двигатель становится многоразовым в использовании, что помогает сократить затраты на отработку двигателя, в результате чего при использовании ЭК двигательная установка становится экономически выгодна.

Требования, предъявляемые к ЭК, определяются характером их работы и условиями эксплуатации [1].

ЭК — один из видов запорной арматуры. ЭК позволяет дистанционно контролировать поток жидкости или газа в трубопроводных системах. Кон-

263

струкция и принцип действия ЭК очень похож на обычный, но различаются тем, что закрывающаяся часть приводится в движение не силой, а соленоидом. Соленоид либо втягивает, либо выталкивает сердечник – это зависит от полярности. На рис. 1 представлена схема ЭК.

Рис. 1. Схема электромагнитного клапана

Принцип работы ЭК основан на физическом явлении электромагнитной индукции. Когда ток течет через катушку индуктивности, то внутри нее возникает магнитное поле, которое действует на сердечник с силой, которая прикладывается в продольном направлении, и в зависимости от полярности напряжения, либо втягивает сердечник внутрь катушки, либо выталкивает сердечник. При втягивании сердечника внутрь катушки происходит открытие затворного элемента, при вытягивании сердечника происходит закрытие затворного элемента.

При расчете конструкции ЭК расчетная схема соленоида выглядит следующим образом (рис. 2).

Рис. 2. Соленоид электромагнитного клапана (H – высота соленоида; R1внутренний радиус; R2 - внешний радиус)

264

В табл. 1 представлены исходные данные соленоида.

В данном расчёте ЭК имеет минимальную массу 0,396 кг, а усилие электромагнитного клапана 283 Н, что соответствует оптимальным значениям.

Литература

1.Электромагнитные клапана сайт. – URL: https://icneva.ru/books/Danfoss/electromag.pdf (дата обращения: 25.05.2021)

2.Справочник по электромагнитным клапанам: сайт. – URL: https://aketo.kz/solenoid-valves/solenoid-valves-help (дата обращения: 25.05.2021)

265

УДК 621.396.13

Результаты разработки блоков приемного тракта

А. Е. Рудь

Аспирант ФРТЭ, anastas.rud2012@yandex.ru

ФГБОУ ВО "Воронежский государственный технический университет"

Выполнена разработка блоков приемного тракта с оригинальными техническими решениями. Представлены блок-схемы и описаны результаты разработки.

Ключевые слова: антенный коммутатор, активная антенна, преселектор КВ диапазона, синтезатор частот.

В приемном тракте для приема и обработки сигналов содержится ряд сложных блоков выполняющих разные функции. Результаты разработки описываемых блоков запатентованы. Актуальность и новизна предлагаемого антенного коммутатора подтверждена патентом на полезную модель [1]. Устройство относится к области радиотехники, а именно к коммутационным устройствам, применяемым в системах связи, и может быть использовано в комплексах систем радиоэлектронной борьбы. Предлагаемое оригинальное техническое решение позволяет обеспечить мониторинг эфира в режиме реального времени трех диапазонов с углом охвата в 360°, а также определять направление на обнаруженный сигнал. Актуальность и новизна активной антенны подтверждена патентом на полезную модель [2]. Цель предлагаемого технического решения заключается в уменьшении длины антенны, что приведет к снижению уровня напряжения на выходе, которое компенсируется усилителем напряжения. Длина антенны уменьшается так чтобы, что ее резонанс смещался значительно выше рабочего диапазона устройства, что обеспечивает требуемую линейность в рабочем диапазоне. Актуальность и новизна переключаемого преселектора диапазона КВ подтверждена патентом на полезную модель [3]. Устройство относится к системам многоканальной связи в коротковолновом диапазоне и может быть использовано для организации радиосвязи на стационарных и подвижных объектах. Задача предлагаемого устройства состоит в улучшении избирательности устройства при сохранении высокой чувствительности преселектора. Актуальность и новизна преселектора диапазона КВ подтверждена патентом на полезную модель [4]. Благодаря использованию двух групп из М полосовых фильтров, соединенных последовательно через элементы, регулирующие уровень пришедшего сигнала, причем первая группа из М полосовых фильтров является фильтром основной селекции, а вторая группа служит для фильтрации продукта интермодуляции второго порядка. На выходе устройства происходит сложение АЧХ соответствующих полосовых фильтров каждого из поддиапазонов частот. Это равнозначно увеличению порядка полосового фильтра каждого

266

из поддиапазонов преселектора, что приводит к улучшению избирательности без ухудшения чувствительности устройства. Актуальность и новизна синтезатора частот с широкополосной модуляцией подтверждена патентом на изобретение [5]. Предлагаемое устройство может быть использовано для формирования сигналов с широкополосной угловой модуляцией в системах, предназначенных для радиоэлектронной борьбы. Задача, на решение которой направлено данное устройство, заключается в линеаризации передаточной функции ГУН при работе в режиме формирования широкополосных сигналов, а также в устранении влияния входного сопротивления АЦП на токи утечки в цепи управления системы ИФАПЧ. Актуальность и новизна гибридного синтезатора частот с повышенной чистотой спектра подтверждена патентом на полезную модель [6]. Предлагаемое техническое решение может быть использовано в радиопередающих и радиоприемных устройствах, а также в контрольно-измерительной аппаратуре. Задача предлагаемого гибридного синтезатора частот состоит в минимизации паразитных составляющих спектра на выходе устройства. Актуальность и новизна гибридного синтезатора частот с повышенной чистотой спектра и расширенным диапазоном рабочих частот подтверждена патентом на полезную модель [7]. Предлагаемый гибридный синтезатор частот обеспечивает расширение диапазона рабочих частот без увеличения уровня паразитных составляющих спектра на выходе устройства.

Литература

1.Патент РФ. Антенный коммутатор / Марков И.А., Рахманин Д.Н., Гречишкин А.В., Попов А.Т., Чиликин А.А., Рудь А.Е. №202613.

2.Патент РФ. Активная антенна / Марков И.А., Рахманин Д.Н., Гречишкин А.В., Михин А.Ю., Попов А.Т., Рудь А.Е. №195241.

3.Патент РФ. Переключаемый преселектор коротковолнового диапазона / Тихомиров Н.М., Марков И.А., Рахманин Д.Н., Гречишкин А.В., Попов А.Т., Чиликин А.А., Рудь А.Е. №187246.

4.Патент РФ. Преселектор коротковолнового диапазона / Тихомиров Н.М., Марков И.А., Рахманин Д.Н., Гречишкин А.В., Попов А.Т., Чиликин А.А., Рудь А.Е. №187262.

5.Патент РФ. Синтезатор частот с широкополосной модуляцией / Тихомиров Н.М., Марков И.А., Рахманин Д.Н., Лукинова А.И., Гречишкин А.В., Рудь А.Е. №2713569.

6.Патент РФ. Гибридный синтезатор частот с повышенной чистотой спектра / Тихомиров Н.М., Марков И.А., Рахманин Д.Н., Гречищкин А.В., Чиликин А.А., Рудь А.Е. №185004.

7.Патент РФ. Гибридный синтезатор частот с повышенной чистотой спектра и расширенным диапазоном рабочих частот / Тихомиров Н.М., Марков И.А., Рахманин Д.Н., Гречишкин А.В., Чиликин А.А., Рудь А.Е. №187248.

267

УДК 456.2456

Релаксационные свойства фольгированных стеклотекстолитов в многослойных печатных платах

А.В. Башкиров1, В.В. Глотов2, А.С. Демихова3, А.М. Колядина4, М.В. Долженко5

1Д-р техн. наук, доцент, заведующий кафедрой КИПР 2,3,4,5Студенты кафедры КИПР

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

В данной работе кратко дается сравнение релаксационных современных многослойных печатных плат с волокнистыми металлизированными ламинатами (FML), которые состоят из чередующихся друг с другом слоев полимерных матричных композитов и металлической фольги.

Ключевые слова: многослоные печатные платы, стеклотекстолит, металлические ламинаты.

Волокнистые металлические ламинаты (FML) представляют собой гибридные системы материалов, сочетающие преимущества металлов и армированных волокном полимеров. Прочное соединение нескольких слоев обоих материалов обеспечивает целостность, а также пластичность металла и сопротивление усталости композитной детали. Широко известным и изученным FML является алюминий, армированный стекловолокном (GLARE®)[1]. Как уже было сказано – многослойные печатные платы с медными дорожками изучены не достаточно в виду своей уникальности, однако известные формулы и методы можно с успехом применять и для них.

Недостатками GLARE являются низкая жесткость и трудоемкое производство. Поэтому разрабатываются новые системы материалов, способные обеспечить более высокую жесткость и подходящие для автоматизированного производства. В новых ламинатах применяют углеродные волокна, термопластичные матрицы и более жесткие металлы. Использование высокопроизводительных термопластов требует более высоких температур обработки по сравнению с термореактивными эпоксидными матрицами, используемыми для GLARE. Это приводит к более высоким тепловым остаточным напряжениям, вызванным охлаждением до температуры окружающей среды. Кроме того, коэффициент теплового расширения (КТР) углеродных волокон является мало применимым в отношении остаточных тепловых напряжений в сочетании с металлами. Остаточные термические напряжения накладываются на приложенные напряжения, что может привести к преждевременному разрушению компонентов. Кроме того, предварительная нагрузка остаточными напряжениями вызывает постоянные межслоевые сдвиговые напряжения на краях многослойных печатных плат и вблизи трещин или отверстий. Это может привести к преждевременному расслоению. Для оценки величины тер-

268

мических остаточных напряжений могут быть использованы аналитические и численные модели. Они помогают оценить различные комбинации материалов и ускорить разработку перспективных конструкций.

Комбинации материалов Выбор компонентов в работе был сделан с целью охватить широкий

спектр комбинаций материалов. Наиболее важными свойствами, влияющими на остаточные термические напряжения, являются КТР, модуль Юнга и температура обработки, а также ориентация волокон и объемная доля компонентов. Эти свойства напрямую влияют на остаточные термические напряжения. Также были рассмотрены косвенные факторы, например давление при прессовании, термическая обработка после изготовления и процессы релаксации.

Обзор рассмотренных в статье полимеров, волокон и металлов, их основных свойств и их влияния на состояние термического остаточного напряжения было взят из [2]. Для металлической части рассматриваются алюминиевый сплав AA2024 T3, -титановый сплав 15-3-3-3 (Ti15-3) и нержавеющая сталь CrNi18-10. Рассматриваемыми полимерными матрицами являются полиамид 66 (PA66), полифениленсульфид (PPS) и полиэфирэфиркетон (PEEK).

Для расчета остаточных термических напряжений рассматривалось линейное и полностью упругое поведение материала. Это допустимо, поскольку уровни напряжения достаточно низкие, чтобы не происходило деформации, особенно в металлической части. Свойства армированной волокном пластины были получены по правилу смешения. Объемная доля волокна была принята за 60%.

Литература

1.Khan, S.U., Alderliesten, R.C., Benedictus, R., 2009, Post-stretching induced stress redistribution in Fibre Metal Laminates for increased fatigue crack growth resistance, Composites Science and Technology 69, 3–4, p. 396-405.

2.Hausmann, J.M., Leyens, C., Kaysser, W.A., 2004, Interaction between cyclic loading and residual stresses in titanium matrix composites. Journal of Materials Science 39 (1), p. 501-509.

4.Schulze, K., Hausmann, J., Wielage, B., 2011, „Einfluss von thermischenNachbehandlungen auf die mechanischenEigenschaften von hybridenTi-CF/PEEK Laminaten“ 18. Symposium Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde, Chemnitz, p. 469-474.

5.Zhang D, Ye JQ, Sheng HY. Free-edge and ply cracking effect in crossply laminated composites under uniform extension and thermal loading. Compos Struct, in press, doi:10.1016/j.compstruct.2005. 04.021.

269