Датчики и системы, № 5, 2011 г.
С О Д Е Р Ж А
Н И Е и
А Н Н О Т А Ц И И
Бушев Е. Е., Стучебников
В. М. ПГ МИДА – 20 лет на рынке
малогабаритных датчиков давления … 2
Рассмотрены микроэлектронные датчики давления на основе структур "кремний на сапфире", выпускаемые ПГ МИДА. Представлены их метрологические характеристики и даны области применения.
Ключевые слова: микроэлектронные датчики
давления, зона температурной погрешности, температурная устойчивость.
Bushev E. E., Stuchebnikov V. M. MIDA industrial group - 20 years at miniature pressure gauges market
Microelectronic pressure
gauges based on "silicon on sapphire" structures produced by MIDA,
are considered. Their metrological characteristics are presented, and fields of
application are given.
Keywords: microelectronic pressure gauges, zone of thermal inaccuracy,
temperature stability.
ТЕОРИЯ И ПРИНЦИПЫ
ПОСТРОЕНИЯ ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ
Долгих Л. А., Мясникова
Н. В., Мясникова М. Г. Применение разложения по эмпирическим модам в задачах цифровой
обработки сигналов … 8
Рассмотрены подходы к определению параметров сигналов сложной формы на основе предварительного разложения сигнала на знакопеременные составляющие. Показано, что подход дает существенное снижение трудоемкости анализа в сравнении с применением параметрических методов.
Ключевые слова: цифровая обработка
сигналов, виртуальное средство измерений, метод Прони,
разложение по эмпирическим модам.
Dolgikh L. A., Myasnikova N. V., Myasnikova
N. G. Use of empirical modes decomposition in
digital signal processing problems
The approaches to
determination parameter signal of the complex form on base of the preliminary
decomposition on components with different sign are considered. It is shown
that approach gives the essential reduction of temporary expenses of the
analysis in contrast with using the parametric methods
Keywords: digital signal processing, virtual measuring means, Prony's method, empirical modes decomposition.
Кочетков С. А. Повышение точности измерений в системах с дифференциальными датчиками …
10
Предложен алгоритмический способ повышения точности измерений в системах с дифференциальными индуктивными первичными преобразователями (ПП) с использованием математической модели ПП в структуре измерительной системы, что позволяет снизить технологические требования к изготовлению датчиков, минимизировать настройку системы. Приведены результаты моделирования, демонстрирующие преимущества предлагаемого метода в сравнении с традиционным.
Ключевые слова: дифференциальный
датчик, точность, наблюдатель, скользящий режим, адаптивная система.
Kochetkov S. A. Increase of measurements accuracy
in systems with differential sensors
Algorithmic method of
measurement accuracy increase in systems with differential inductive primary
transducers (PT) using PT mathematical model in measuring system structure,
which allow to reduce technological requirements to sensors manufacturing and
to minimize system adjustments. Simulation results are presented, which
demonstrate advantages of proposed method in comparison with traditional one.
Key words: differential sensor, accuracy, observer, zero-overshoot
response, adaptive system.
Гродецкий Ю. А., Дукаревич
Ю. Е., Иванов Ю. М. Абсолютные датчики
угла нового поколения … 16
Приведено описание новых схем абсолютных датчиков угла, построенных на современной элементной базе (мегапиксельных ПЗС и КМОП-матрицах). В этих схемах связь между объектом измерения и приемным модулем осуществляется оптическим каналом без подвижных узлов и переходных соединительных муфт. Принцип работы новых приборов основан на приеме и анализе изображения сигнального штриха, связанного с объектом измерений, с помощью ПЗС-матриц и вычисления угла разворота этого штриха вокруг оптической оси прибора. Приведены схемы приборов, вычислительные алгоритмы и анализ точности работы датчиков угла, результаты лабораторных испытаний точности измерений экспериментальных образцов приборов. Случайная составляющая ошибки измерений оценивается величиной (0,2-0,3) угл. сек.
Ключевые слова: абсолютный датчик
угла, ПЗС-матрица, коллимационная схема, авторефлекторная схема, сигнальная маска, вычислительные
алгоритмы.
Grodetsky Yu. A., Dukarevich Yu. E., Ivanov Yu. M. New generation
absolute angle sensors
The description of new
designs of absolute angle sensors based on modern electronic elements base
(megapixel CCD and CMOS arrays) is presented. Communication between measured
object and receiver module in these designs is enables through optical channel
without moving parts and connection couplings. Principle of operation of new
devices is based on reception and analysis of an image of signal stroke,
connected with measured object, by CCD array and a calculation of rotation
angle of this stroke around optical axis of a device. Device designs,
computational algorithms and an analysis of angle sensor accuracy,
and results of laboratory tests of accuracy of measurements on experimental
models of devices are presented. Random component of measurement accuracy is
estimated in 0.2 - 0.3 seconds of arc.
Keywords: absolute angle sensor, CCD array,
collimation scheme, auto-reflector scheme, signal mask, computational
algorithms.
Токарев О. Д., Леонец
В. А., Чаус Л. М. Измерительный
преобразователь "одиночного" тензодатчика с
компенсационным тензорезистором … 20
Рассмотрена дифференциальная схема измерительного преобразователя одиночного тензодатчика. Определены преимущества предложения в сравнении с тензометрическими системами на основе неравновесного измерительного моста Уитстона. Определена область наиболее эффективного практического применения предложения.
Ключевые слова: одиночный
тензометрический датчик, тензорезистор, схемная термокомпенсация.
Tokarev A. D., Leonets V. A., Chaus
L. M. Measuring transducer of "single"
tension sensor with compensation tension resistor
Differential circuit of
measuring transducer of single tension sensor is proposed. Proposal advantages
in comparison with tension measuring systems based on unbalanced Whitestone bridge were determined. The field of most effective
practical application of this proposal is determined.
Keywords: single tension sensor, tension resistor, thermal compensation
circuit.
Бушмелева К. И., Плюснин
И. И., Увайсов С. У. Авиационная система дистанционного зондирования магистральных
газопроводов …24
Рассмотрены основные компоненты системы обработки и регистрации данных программно-аппаратного диагностического комплекса дистанционного зондирования магистральных газопроводов с борта летательного аппарата. Приведены результаты обследований объектов газотранспортных предприятий ОАО “Газпром” с помощью данного комплекса.
Ключевые слова: система обработки и
регистрации данных, программно-аппаратный диагностический комплекс, локатор
утечек газа, магистральный газопроводов, метан, программное обеспечение.
Bushmeleva K. I., Plyusnin
The key components of
the data processing and recoding system of the soft-hardware diagnostic complex
on the aircraft board used for the main pipelines remote sensing have been
considered. The survey results of the JSC “Gasprom”
gas transportation enterprises’ property by the means of the complex have been
reflected.
Keywords: data processing and recoding system, soft-hardware diagnostic
complex, gas leakage locator, main pipelines, methane, software.
Мамедов Р. М., Асадов Х. Г., Гараев В. М. О
возможности использования сонаров для обнаружения высотных тропосферных
температурных инверсий … 29
Показано, что отражение акустических сигналов от отдельных слоев тропосферы может быть истолковано двояко: либо как отражение от слоя температурной инверсии, либо как отражение от турбулентности. Предложен алгоритм дискриминации возможных причин отражения для идентификации возникновения высотных тропосферных температурных инверсий.
Ключевые слова: температурная инверсия;
тропосфера; сонар; неоднородности; турбулентность.
Mammadov R. M., Asadov H. H., Garayev
V. M. On possibility of utilization of sonar's for
finding of elevated tropospheric temperature
inversion
It is shown, that
reflection of acoustic signals from distinct layers of troposphere may be
interpreted as reflection from the layer of temperature inversion, or from
layer of turbulence. The algorithm for discrimination of possible reason of
reflection for identification of presence of elevated tropospheric
temperature inversion is suggested.
Keywords: temperature inversion, troposphere, sonar, non-homogenities, turbulence.
КОНСТРУИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ДАТЧИКОВ,
ПРИБОРОВ И СИСТЕМ
Тимаков С. В., Блинов А. В. Применение датчиков тока на основе эффекта
Холла для контроля технологических процессов нанесения покрытий … 33
Проведен анализ условий работы датчиков тока в технологическом оборудовании. Рассмотрены особенности контроля тока в установках вакуумного терморезистивного напыления и магнетронного распыления. Предложены программные алгоритмы обработки сигнала.
Ключевые слова: эффект Холла;
резистивный молибденовый испаритель; трансформатор тока.
Timakov S. V., Blinov A. V. Use of current sensors based on Hall effect for
a control of technologtical processes of coating
deposition
The analysis of working
conditions of current sensors in technological equipment was carried out.
Features of current control in vacuum thermoresistive
deposition and magnetron sputtering facilities were considered. Program
algorithms of signal processing were proposed.
Keywords: Hall effect, resistive molybdenum
vapor source, current transformer.
Иванов Ю. М., Катушкин
В. П., Косенков Б. В., Ураков В. А. Измерение микровлажности
воздуха при высоких давлениях и относительной влажности воздуха с
использованием химических источников тока … 36
Представлен прибор для контроля изменения влажности газов при высоких давлениях (до 39,2 МПа) без редуцирования. Описан принцип действия созданного и серийно выпускаемого прибора для контроля влажности измерение влажности непосредственно при высоком давлении. Предложен датчик относительной влажности воздуха на основе химических источников тока, не требующий источника питания.
Ключевые слова: измерение микровлажности, датчик влажности, высокое давление,
химические источники тока, относительная влажность, влагочувствительный
элемент, преобразователь влажности.
Ivanov Yu. M., Katushkin V. P., Kosenkov
B. V., Urakov V. A. Measurement of air micro-humidity at high pressures and relative air
humidity using chemical current sources
The device for gas
humidity variation control at high pressures (up to 39.2 MPa)
without reducing is presented. Principle of operation of developed and
series-produced device for humidity control, measuring directly at high
pressure, is described. Relative air humidity sensor based on chemical current
sources, not requiring power supply source, is proposed.
Keywords: measurement of micro-humidity, humidity sensor, high pressure,
chemical current sources, relative humidity, moisture sensitive element,
humidity transducer.
Бориков В. Н. Модульная
система для измерения удельной электропроводности жидкости … 40
На основе модульного подхода к построению измерительных устройств разработана компьютерная система для измерения электропроводности жидкости в диапазоне от 0,1 до 10 См/м. Представлены структура, первичный преобразователь, алгоритм работы измерительной системы и проведена оценка ее метрологических характеристик.
Ключевые слова: модульная
измерительная система, удельная электропроводность, кондуктометрия,
моделирование кондуктометрической ячейки, виртуальные приборы.
Borikov V. N. Module system for electrical
conductivity measurement of liquids
Computer-aided system
for electrical conductivity measurement of liquids is described. The system is
based on modular approach to measurement instrumentation design. Structure,
conductivity cell, operation, and metrological parameters of system are given.
Keywords: module measurement system, conductivity, conductometry,
cell modeling, virtual instrumentation.
Фещенко В. С., Алтухов А. А., Львов С. А. и др. Фотоприемное устройство УФ-диапазона спектра на основе алмазного
фотодетектора … 44
Спроектировано, изготовлено и исследовано новое фотоприемное устройство УФ-диапазона спектра на основе алмазного одноэлементного фотодетектора. Устройство имеет рабочий диапазон от 180 до 225 нм с максимумом в районе 220 нм, порог чувствительности 8,7∙10–11 Вт/Гц1/2. Обсуждены дальнейшие пути улучшения характеристик прибора и его возможные применения.
Ключевые слова: алмаз,
одноэлементный детектор, регистрация УФ-излучения,
солнечно-слепой диапазон, ФПУ.
Feshchenko V. S., Altukhov A. A., Lvov S. A., et al. Photodetecting device of a UV
spectral range on the basis of the diamond single photodetector.
New photodetecting
device of a UV spectral range on the basis of the diamond single-element photodetector is designed, made and explored. The device
has spectral range from 180 nanometers to 225 nanometers, with a maximum around
220 nanometers, threshold of sensitivity 8,7∙10–11 Вт/Гц1/2. The further paths of enhancement of
characteristics of the device and possible applications are discussed.
Keywords: diamond, the single-element detector, registration of UV
radiation, solar-blind range, photodetecting device.
Бочаров Ю. И., Бутузов В. А., Осипов Д. Л. Микромощный быстродействующий АЦП для многоканальных
систем … 48
Рассмотрен принцип построения АЦП с повышенной энергоэффективностью и уменьшенной занимаемой площадью. Благодаря совместному использованию усилителей и компараторов в смежных каскадах конвейера удалось создать девятибитный АЦП при использовании только 4 усилителей и 11 компараторов (вместо 8 и 17 соответственно в обычной конвейерной схеме). Прототип АЦП с частотой выборки 20 МГц для многоканальных систем изготовлен по аналого-цифровой КМОП-технологии с проектными нормами 180 нм. Устройство занимает площадь 0,55 мм2 и рассеивает мощность 9 мВт от источника с напряжением 1,8 В.
Ключевые слова: аналого-цифровое
преобразование, конвейерный АЦП, архитектура АЦП с
повышенной энергоэффективностью, КМОП-технология,
многоканальная система.
Bocharov Y. I., Butuzov V. A., Osipov
D. L. Low-power high-speed ADC for multi-channel
systems
A pipelined
analog-to-digital converter with an area and power efficient architecture
is described. By sharing amplifiers and comparators along
the pipeline 9-bit pipeline ADC is realized using just 4 amplifiers and 11
comparators instead of 8 amplifiers and 17 comparators with conventional
pipeline architecture. A 20 MHz prototype ADC that is intended for
multi-channel systems has been implemented in a 180 nm mixed-signal and CMOS
technology. The device occupies 0.55 mm2 and dissipates 9 mW from a 1.8 V supply.
Keywords: analog-to-digital conversion,
pipelined ADC, power efficient ADC architecture, CMOS technology, multi-channel
system.
Игаева М. А., Хабаров А. В. Исследование возможности использования поля воздушных
линий электропередач для целей навигации … 51
Приведены результаты экспериментального исследования распределения электрического поля, создаваемого ЛЭП над дорогой, оценена возможность использования поля ЛЭП для целей навигации.
Ключевые слова: навигация по полю,
линии электропередач, коррекция навигационных датчиков.
Igaeva M. A., Khabarov A. V. Research of an opportunity of use of a field of power line for the
purposes of navigation
Results of an
experimental research of distribution of electric field power line above road
are shown, the opportunity of use of field power line
for the purposes of navigation is estimated.
Keywords: field navigation, power lines, correction of navigational
sensors.
ИЗМЕРЕНИЯ, КОНТРОЛЬ, АВТОМАТИЗАЦИЯ (журнал в журнале)
Основные тенденции 2011 г. в автоматизации
и управлении. Реферат … 54
В январе
Main tendencies for 2011 in automation and control
Bill Lydon,
editor of web edition Automation.com
shared with website visitors his thoughts and observations about recent
tendencies in the field of industrial automation and control.
Новости …
56
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ПУБЛИЦИСТИКА
Адамов Ю. Ф., Сибагатуллин
А. Г., Сомов О. А. Тенденции развития
сенсорных систем и интеллектуальных датчиков … 58
В настоящей работе проведена оценка уровня и тенденций развития сенсорных систем. Для этого выполнен статистический анализ публикаций научных журналов по этому направлению, таких как IEEE Sensors Journal за 2009 - 2010 гг., а также российского журнала «Датчики и системы» за 2009–2010 гг. Наиболее перспективное направление — системы медицинского и экологического мониторинга.
Ключевые слова: тенденции развития
сенсорных систем, статистический анализ, перспективы развития, координационный
центр.
Adamov Y. F., Sibagatullin A. G., Somov O. A. The development of
intelligent sensor systems
The estimation of the
level and the tendencies of sensor systems development is
carried out in this paper. For this purpose the statistical analysis of papers
in scientific journals in this field, such as IEEE Sensors Journal for
2009–2010 and also Russian journal "Sensors and systems" for
2009–2010, was performed. Systems of medical and environmental monitoring are
the most perspective direction.
Keywords: tendencies of sensor systems development, statistical
analysis, perspectives of development, coordination centre.
* * *
Contents and abstracts … 60