Радиостатистический метод экспресс-контроля качества веществ (стр. 1 )

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

РАДИОСТАТИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД ЭКСПРЕСС-КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ВЕЩЕСТВ

Специальность 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

Диссертация на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Научный руководитель

д-р техн. наук, проф.

Омск 2014

Содержание

Введение        4

1        Аналитический обзор методов контроля веществ        9

1.1        Общая схема аналитического определения        10

1.2        Методы количественного химического анализа веществ        12

1.2.1        Точность количественных методов анализа        13

1.3        Методы качественного анализа веществ        14

1.3.1        Рентгеноспектральный анализ        16

1.3.2        Активационный анализ        19

1.3.3        Атомная спектрометрия        22

1.3.4        Выводы        24

1.4        Методы неразрушающего контроля        25

1.4.1        Оптические методы контроля        25

1.4.2        Радиоволновые методы контроля        27

1.5        Выводы        30

2        Радиостатистический метод исследования веществ        32

2.1        Определение метода        33

2.2        Выводы        38

3        Определение параметров сигнала на выходе приемника излучения        39

3.1        Уравнение сигнала на выходе приемника излучения с конической диаграммой направленности        40

3.2        Уравнение сигнала на выходе приемника излучения с цилиндрической диаграммой направленности        46

3.3        Расчет энергии электромагнитного поля, поступающей на приемник излучения, и напряжения на выходе приемника        49

3.4        Рекомендации по выбору параметров преобразователя электромагнитного поля в электрический сигнал        53

3.5        Выводы        55

4        Методика исследования веществ радиостатистическим методом и определение интегрального показателя качества        57

4.1        Математическое обеспечение: характеристическая функция случайных процессов        57

4.2        Лабораторный стенд для проведения экспериментальных исследований        61

4.3        Программное обеспечение: «Характериометр»        63

4.3.1        Область применения программного продукта        64

4.3.2        Функциональные возможности программного продукта        64

4.3.3        Экранные формы        64

4.3.4        Используемые технические средства        67

4.3.5        Сведения о государственной регистрации электронного ресурса        67

4.4        Методика проведения эксперимента        68

4.5        Анализ метрологических характеристик лабораторного стенда        69

4.6        Определение интегрального показателя качества        71

4.6.1        Энтропия закона арксинуса        72

4.6.2        Энтропия центральных моментов распределения        73

4.6.3        Алгоритм расчета, основанный на значениях оценок вероятностных характеристик        79

4.7        Повышение достоверности определения интегрального показателя качества        82

4.7.1        Преимущества и недостатки нейронных сетей        82

4.7.2        Преимущества и недостатки систем с нечеткой логикой        83

4.7.3        Гибридные сети        85

4.7.4        Адаптивные нейро-нечеткие сети        86

4.7.4.1        Реализация условий        87

4.7.4.2        Реализация заключений        89

4.7.5        Преимущества нейро-нечеткого подхода        91

4.8        Практическая реализация подсистемы нейро-нечеткого вывода        92

4.9        Выводы        97

5        Результаты экспериментальных исследований и устройство контроля качества вещества        99

5.1        Анализ результатов экспериментальных исследований        99

5.2        Результаты экспериментальных исследований молока        103

5.3        Устройство контроля интегрального показателя качества вещества        105

5.4        Выводы        109

Заключение        110

Список использованных источников        113

Приложение А        123

Приложение Б        139

Приложение В        141

Введение

Актуальность темы. В настоящее время проблема контроля качества пищевых сред и готовых продуктов питания как никогда актуальна.  Среди всего многообразия пищевых продуктов и промышленных товаров очень часто встречаются некачественные изделия. Нередко в средствах массовой информации, по телевидению звучит информация о тех или иных некачественных продуктах питания, просто просроченных, содержащих определенные консерванты или канцерогенные вещества или произведенных с нарушением соответствующих технологических процессов. Во всех случаях подобные продукты представляют непосредственную опасность для здоровья человека. С не меньшей регулярностью некачественные товары появляются и среди изделий промышленности. Недобросовестные производители для увеличения объема, сроков хранения, улучшения внешнего вида и иных свойств производимых продуктов прибегают к разного рода фальсификациям: от простого добавления воды для увеличения объема и до применения отнюдь не безопасных консервантов и пищевых добавок.

Согласно Международному стандарту ИСО 9000:2005 [ 1] качество продукции – это совокупность свойств и характеристик продукции или услуги, которые придают им способность удовлетворять обусловленные или предполагаемые потребности.

Высокое качество продукции и услуг является самой весомой составляющей, определяющей их конкурентоспособность. А чтобы продукция была конкурентоспособной, необходима постоянная, целенаправленная, кропотливая работа товаропроизводителей по повышению качества, систематически осуществляемый контроль качества, другими словами можно сказать, что любое предприятие, желающее укрепить свои позиции в жесткой конкуренции и максимизировать свою прибыль, должно уделять большее внимание процессу управления и контроля качества.

Однако далеко не все производители следуют этому принципу и постоянно улучшают качество продукции для победы в конкурентной борьбе. Довольно часто они прибегают к другим методам максимизации прибыли, таким как использование некачественного сырья, нарушение технологических процессов, применение запрещенных консервантов и пищевых добавок и др.

Здесь и далее любое явление некачественного продукта мы будем называть фальсификацией. Как было отмечено выше, фальсификация может иметь как безопасный для человека характер (например, добавление воды для увеличения объема) так и опасный (например, использование некачественного, просроченного сырья), что может привести к серьезным последствиям для здоровья и жизни человека.

Основным способом определения качества продукта на сегодняшний день является лабораторный анализ. Анализ и выявление фальсифицированных веществ в лабораторных условиях – дело достаточно затратное как с временной, так и с финансовой точек зрения. Поэтому необходим простой и удобный метод анализа качества продукта в повседневной жизни. Разработка такого метода и реализация его в средствах контроля качества является актуальной задачей.

Цель диссертационной работы: повышение быстродействия контроля веществ при помощи радиостатистического метода с использованием вероятностных характеристик для определения интегрального показателя качества.

Задачи диссертационной работы:

разработка, теоретическое и экспериментальное исследование радиостатистического метода контроля качества веществ; разработка методики и стенда для экспериментального определения оценок вероятностных характеристик сигнала, полученного при взаимодействии электромагнитного поля с веществом; обоснование интегрального показателя качества вещества и разработка устройства для его контроля.

Методы исследований. В работе проводились теоретические исследования с использованием теории вероятностей и математической статистики, статистической математической физики, математического анализа и специальных функций, теории нейронных сетей и нечеткой логики.