Системы профильных измерений горных пород комплексные AutoScan

Назначение

Системы профильных измерений горных пород комплексные AutoScan (далее - системы AutoScan) предназначены для измерений проницаемости по газу и оптических спектров пропускания органических и неорганических веществ по шкале волновых чисел в инфракрасном (ИК) диапазоне при профильном изучении (сканировании) физических свойств образцов керна горных пород различных форм (полноразмерного керна, цилиндрических образцов керна, пластинчатых образцов керна).

Описание

Принцип действия систем AutoScan основан на автоматическом лазерном профилировании и сканировании образцов керна, позиционировании выбранного измерительного зонда и последующем измерении физических свойств керна соответствующим методом измерений в зависимости от установленного зонда.

Измерительные возможности систем AutoScan зависят от количества измерительных датчиков (зондов) и могут быть ограничены комплектностью средства измерений при поставке.

Конструктивно системы AutoScan выполнены в виде передвижного напольного прибора с отдельно устанавливаемым внешним компьютером и включает следующие основные базовые составляющие:

- программное обеспечение с автоматизированной системой сбора данных AutoScan;

- роботизированный двухкоординатный XY-стол и портальный робот с одним или несколькими измерительными датчиками (зондами) по Z-оси (количество зондов зависит от комплектности при поставке);

- лазерный датчик перемещения;

- пневматическую систему управления;

- измерительные зонды: проницаемости по газу (Permeability Tip); инфракрасной спектроскопии на основе преобразования Фурье (FTIR probe), скорости распространения ультразвуковых волн (Velocity Tip); удельного электрического сопротивления (Resistivity Tip).

Системы AutoScan могут также использоваться для определения скорости прохождения продольных и поперечных акустических волн и удельного электрического сопротивления.

Роботизированный двухкоординатный XY-стол является механической основой для всех составляющих и измерительных датчиков (зондов) системы AutoScan. Рабочая поверхность XY-стола определена размерами (1,36*0,75) м и изготовлена из анодированного алюминия. В поверхность стола встроены Т-образные пазы, благодаря которым образцы керна или держатели образцов керна можно надежно прикрепить к столу.

Основным аппаратным компонентом системы AutoScan является портальный робот, который позволяет автоматически выбирать положение измерительного зонда(ов) и изменять его, используя оси координат X и Y. Верхний Z-узел портального робота представляет собой подвижную платформу (каретку), перемещающуюся над ХУ-столом, на которой закреплены наконечники датчиков зондов для проведения измерений и исследования образцов керна. Наконечники датчиков могут быть закреплены напрямую на панели Z-узла или прикреплены к вертикальному или поворотному приводу, благодаря которому зонд может соприкасаться с поверхностью образца керна или приближаться к ней. В XY-стол вмонтированы ограничительные переключатели, которые предотвращают столкновение верхнего Z-узла с механическими концевыми упорами стола.

Лазерный датчик перемещения используются в качестве указателей и для автоматического выбора контрольных точек (лазерное сканирование) и представляет собой прибор, в котором для определения расстояния до объекта используется триангуляция от отраженного лазерного луча, наконечник которого подготовлен к работе с различными типами поверхности образцов керна горных пород (например, шероховатость поверхности, альбедо).

В системах AutoScan используется закрепленный на Z-узеле полупроводниковый лазер. Расположенный на корпусе лазера светодиодный индикатор предоставляет информацию о стадии измерений лазера: зеленый свет показывает, что объект находится в пределах зоны действия датчика; желтый - занято положение в середине диапазона (оптимальное); а красный - объект выбран неверно, потому что он находится вне диапазона. Если светодиодный индикатор не горит, лазер отключен.

Для работы пневматической системы управления системы AutoScan необходим источник сжатого воздуха с регулируемым давлением от 620 кПа до 1000 кПа или номинальным давлением 700 кПа. Воздух может поступать из баллона или, что предпочтительно, из компрессорной системы для сжатия воздуха. Сжатый воздух должен быть очищенным и сухим. Информация о требуемом давлении указана на маркировке, расположенной возле соединительных элементов для подачи воздуха.

Также в пневматической системе управления системы AutoScan присутствует соединение для испытательного газа, как правило, азота с регулируемым давлением от 415 кПа до 1000 кПа или номинальным давлением 500 кПа. Информация о требуемом давлении указана на маркировке возле соединительных элементов для газовых труб.

Все пневматические соединения системы AutoScan оборудованы клапанами стравливания избыточного давления. Если заданное давление слишком высоко, произойдет открывание клапана и выпуск газа в атмосферу.

Управление системой AutoScan, запуск и управление процессом измерений, обработка и формирование баз данных измерений осуществляются в интерактивном режиме посредством отдельно устанавливаемого управляющего внешнего компьютера, модифицированного для работы со специализированным программным обеспечением с автоматизированной системой сбора данных AutoScan при помощи рабочей станции (джойстика).

Программное обеспечение AutoScan представляет собой многофункциональное программное обеспечение, позволяющее выполнять различные измерения в зависимости от используемых зондов, при этом придерживаясь последовательности выполнения действий для всех них. Данный пакет программ для сбора данных разработан для работы по блочномодульному принципу, что делает его совместимым с различными установками зондов, которые возможны при работе с системой AutoScan. При расширении функциональных возможностей аппаратного обеспечения системы AutoScan можно добавить новые модули к программному обеспечению AutoScan.

Системы AutoScan могут быть оснащены дополнительным программным пакетом DataMiner для расширенной обработки и интерпретации полученных системой AutoScan данных, позволяющим объединять данные от каждого из измерительных зондов, находить корреляционную зависимость между различными параметрами горных пород и построение графиков в интерактивном режиме, выполнять кластерный анализ и определение типов горных пород, основываясь на целой совокупности данных.

Общий вид систем AutoScan представлен на рисунке 1. Пломбирование систем AutoScan не предусмотрено.

Рисунок 1 - Общий вид системы AutoScan с управляющим компьютером

Программное обеспечение

Базовым программным обеспечением (ПО) в системах AutoScan является программное обеспечение с автоматизированной системой сбора данных AutoScan, осуществляющее управление системой AutoScan, запуск и управление процессом измерений, обработку и формирование баз данных измерений для каждого зонда. Функциональные возможности программы AutoScan служат основой для всех дополнительных функций, которые могут быть добавлены поставляемой системе AutoScan.

Конструкция систем AutoScan исключает возможность несанкционированного влияния на метрологически значимую часть ПО средства измерения и измерительную информацию посредством ограничения прав учетной записи пользователя. Для программного обеспечения систем AutoScan предусмотрено 2 уровня доступа: пользовательский и сервисный.

Уровень защиты программного обеспечения систем AutoScan «средний» в соответствии с Р 50.2.077-2014.

Идентификационные данные метрологически значимой части программного обеспечения систем AutoScan указаны в таблице 1.

Таблица 1 - Идентификационные данные базового программного обеспечения

Влияние ПО учтено изготовителем при нормировании метрологических характеристик систем системы AutoScan.

По отдельному заказу системы AutoScan могут быть укомплектованы дополнительным программным пакетом DataMiner для расширенной обработки и интерпретации полученных данных, не являющимся метрологически значимым.

Идентификационные данные дополнительного программного пакета DataMiner систем AutoScan указаны в таблице 2.

Таблица 2 - Идентификационные данные дополнительного программного пакета

Технические характеристики

Таблица 3 - Метрологические характеристики

Таблица 4 - Основные технические характеристики

Окончание таблицы 5

Знак утверждения типа

наносится на титульный лист «Руководства по эксплуатации» типографским способом или в виде наклейки.

Комплектность

Таблица 5

Поверка

осуществляется по документу МП 48-223-2019 «ГСИ. Системы профильных измерений горных пород комплексные AutoScan. Методика поверки», утвержденному ФГУП «УНИИМ» 13 января 2020 г.

Основные средства поверки:

- рабочий эталон единицы длины волны (волнового числа) 2 разряда в диапазоне значений от 3200 до 18600 нм (от 3100 до 537 см-1) согласно 1 части Государственной поверочной схемы, утвержденной приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 29 декабря 2018 г. № 2840, (мера волнового числа МВЧ-001, рег. № 67321-17);

- стандартные образцы газопроницаемости горных пород (имитаторы) (ГП СО УНИИМ) -ГСО 10799-2016, интервал аттестованных значений коэффициента газопроницаемости от 0,1 до 5000^10-3 мкм2 (мД), границы допускаемой относительной погрешности аттестованных значений (при Р=0,95) ±3 %;

Допускается применение аналогичных средств поверки, обеспечивающих определение метрологических характеристик поверяемого средства измерений с требуемой точностью.

Знак поверки наносится на свидетельство о поверке в виде клейма.

Сведения о методах измерений

приведены в эксплуатационном документе.

Нормативные документы

Приказ Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 29 декабря 2018 г. № 2840 «Об утверждении Государственной поверочной схемы для средств измерений длины в диапазоне от 1-10’9 до 100 м и длин волн в диапазоне от 0,2 до 50 мкм»

Техническая документация изготовителя «New England Research, Inc.», США