Датчики и системы, № 7, 2011 г.

С О Д Е Р Ж А Н И Е и А Н Н О Т А Ц И И

ТЕОРИЯ И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ

Ашанин В. Н. Проблемы теории анализа и синтеза средств измерений гетерогенной структуры… 2

Рассмотрены основные теоретические проблемы анализа и синтеза средств измерений гетерогенной структуры, относящихся к нелинейным импульсным замкнутым системам. Анализируется возможность применения теории непрерывно-дискретных систем для синтеза измерительных преобразователей неоднородной структуры.

Ключевые слова: средство измерения, измерительный преобразователь, непрерывно-дискретная система, гетерогенная структура, эмерджентность, фрактальность.

Ashanin V. N. Analysis and synthesis theoretical problems of the measurement on heterogeneous structure

The analysis and synthesis basic theoretical problems of the measurement on heterogeneous structure, which relate to the nonlinear pulse closed systems was description on this works. The analog-digital systems theory applying possibility for the synthesis of the measuring converters on the heterogeneous structure is analyzed olso.

Keywords: the means of measurement, measuring converter, analog-digital system, heterogeneous structure, emergence, fractal.

Блокин-Мечталин Ю. К. Методы и средства повышения точности измерительных преобразователей и систем для экспериментальной аэродинамики… 8

Методы и средства повышения точности измерительных преобразователей и систем для экспериментальной аэродинамики

Рассмотрены структурные и алгоритмические методы повышения точности измерений в системах для экспериментальной аэродинамики: способы преобразования сигналов тензорезисторных датчиков в кодовый эквивалент; структурное построение тензометрических схем измерения и их погрешности; алгоритмические методы, основанные на принципах коррекции погрешностей и параметрической идентификации функций преобразования измерительных каналов. Приводятся примеры использования рассмотренных методов и средств для уменьшения аддитивных и мультипликативных составляющих погрешностей в разработанных измерительных преобразователях и системах.

Ключевые слова: экспериментальная аэродинамика, точность измерений, преобразование измерительных сигналов, тензометрические схемы измерений, алгоритмические методы, аддитивные и мультипликационные погрешности.

Blokin-Mechtalin Yu. K. Methods and means of measuring transducers and systems for experimental aerodynamics precision increase

Following structural and algorithmic methods of measurement precision increase in systems for experimental aerodynamics are considered: methods of transformation of signals of strain gauges into code equivalent, structural construction of strain gauge measurement schemes and their errors, algorithmic methods based on principles of errors correction and parametric identification of transformation functions of measurement channels. Examples of application of considered methods and means for reduction of additive and multiplicative components of errors in developed measuring transducers and systems are presented.

Keywords: experimental aerodynamics, measurement precision, transformation of measurement signals, strain gauge measurement schemes, algorithmic methods, additive and multiplicative errors,

Семкин Н. Д., Телегин А. М., Воронов К. Е. Конденсаторный детектор для анализа параметров микрометеороидов на основе органических пленок … 18

Рассмотрена технология изготовления конденсаторных детекторов микрометеороидов на основе органических пленок (полиметилметакрилата). Приведены физические характеристики разработанных детекторов и виды их реализации, показана возможность их использования в натурных условиях.

Ключевые слова: детектор микрометеороидов, технология органических пленок, физико-математическая модель.

Semkin N. D., Telegin A. M., Voronov K. E. Capacitor detector to analyze the parameters of micrometeoroids based on organic films

The technology of manufacturing capacitor micrometeoroids detectors based on organic films (PMMA). Physical characteristics of the developed detectors and their views of implementation, the possibility of their use in field conditions.

Keywords: detector micrometeoroids, the technology of organic films, physical and mathematical model.

Умарханов Р. У., Кучменко Т. А. Применение наноразмерных покрытий для улучшения эксплуатационных характеристик пьезодетектора … 25

Изучены углеродные сорбенты в качестве модификатора чувствительного элемента пьезодетектора при эксплуатации его в потоке с различным расходом газа-носителя (10¼2500 см³/мин). В качестве детектируемых выбраны пары некоторых органических веществ, аммиака и воды. Установлены особенности функционирования пьезодетектора с чувствительным элементом с углеродными нанотрубками (УНТ), фуллеренами, активированным углем и для сравнения с полиэтиленгликоль адипинатом. В качестве оптимального модификатора рабочего элемента при использовании пьезодетектора в широком диапазоне расхода газа-носителя рекомендованы УНТ.

Ключевые слова: пьезодетекторы, дрейф, чувствительность, повышение устойчивости, углеродные сорбенты.

Umarhanov R. U., Kuchmenko T. A. Use of nano-sized coatings for an improvement of operational characteristics of piezodetektor

The carbon sorbents are investigated as a modifier of the piezodetektor sensitive element at the its operation in the flow with different flow rate of gas-carrier (10…600 cm³/min). The vapors of some organic substances, ammonia and water are selected as detected compounds. The main functioning features of piezodetektor with sensitive element covered by carbon nanotubes (CNTs), fullerenes, char coal have been established and in comparison with ones for polyethylene glycol adipinate. The optimal modifiers of work element of piezodetektor at operation in the wide range of gas-carrier flow rate are recommended CNTs.

Keywords: piezodetektor, drift, sensitivity, increase resistibility, carbon sorbents.

Миловзоров Г. В., Миловзоров Д. Г., Зигангиров Л. Р. Векторно-матричный аппарат в моделировании трехкомпонентных инклинометрических систем … 30

Представлена обобщенная математическая модель инклинометрической системы с трехкомпонентными преобразователями, включающая в себя малые углы отклонения осей чувствительности феррозондов и акселерометров от осей ортонормированного базиса корпуса скважинного прибора.

Ключевые слова: инклинометрия, трехкомпонентный преобразователь с феррозондовыми датчиками, трехкомпонентный преобразователь с акселерометрическими датчиками, векторно-матричный математический аппарат.

Milovzorov G. V., Milovzorov D. G., Zigangirov L. R. Vector-matrix technique for a simulation of three-component inclinometer systems

Generalized mathematical model of inclinometer system with three-component transducers, including small inclination angles of sensitive axis of flux gates and accelerometers from axis of orthonormalized basis of downhole instrument body.

Keywords: inclinometry, three-component transducer with flux gate sensors, three-component transducer with accelerometer sensors, vector-matrix mathematical technique.

Катков А. Н. Вопросы развития интеллектуальных датчиков и беспроводных сенсорных сетей … 35

Проанализированы термины “интеллектуальный датчик”, “беспроводная сенсорная сеть”. Рассмотрены назначение и развитие интеллектуальных датчиков и беспроводных сенсорных сетей, изложены проблемы их проектирования, выделена потребность в инструментальном средстве их разработки.

Ключевые слова: интеллектуальный датчик, беспроводная сенсорная сеть.

Katkov A. N. Development issues of intellectual sensors and wireless sensor networks

Terms “intelligent sensor”, “wireless sensor network” are analyzed. Progress and dedication of intelligent sensors and wireless sensor networks are described. Problems of IS and WSN design are marked out. Requirement in IS and WSN development tool is singled out.

Keywords: intelligent sensor, wireless sensor network.

КОНСТРУИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ

Веселов Д. С., Воронов С. А., Воронов Ю. А. и др. Технология получения диэлектрических мембранных структур для интегральных газочувствительных датчиков … 38

Приведены результаты разработки новой технологии получения диэлектрических мембранных структур для интегральных газочувствительных датчиков с пониженной потребляемой мощностью. Разработанная технология, основанная на разделении операции травления колодцев под мембраны на два этапа, позволяет все операции проводить групповым образом, что может повысить производительность при серийном производстве датчиков.

Ключевые слова: газочувствительный датчик, чувствительный слой, мембрана, полупроводниковая подложка, тонкая пленка, нагревательный элемент.

Veselov D. S., Voronov S. A., Voronov Yu. A., et al. Technology for the production of dielectric membrane structures for integrated gas sensitive sensors

Results of the development of new technology for the production of dielectric membrane structures for integrated gas sensitive sensors with reduced power consumption are presented. Developed technology, based on a division of etching operation of wells for membranes on two stages, allows to carry out all operations by group method, that may increase a productivity of serial production of sensors.

Keywords: gas sensitive sensor, sensitive layer, membrane, semiconductor substrate, thin film, heating element.

Кузьмин И. Л., Хузяшев Р. Г., Хакимов Ш. З. и др. Информационно-измерительное устройство для определения участка повреждения линий электропередач … 43

Представлено автономное устройство, позволяющее измерять нормальные и аварийные параметры режима ЛЭП любого класса напряжений.

Ключевые слова: определение зоны повреждения ЛЭП, автоматизация контроля параметров, беспроводная линия связи.

Kuz'min I. L., Khuzyashev R. G., Khakimov Sh. Z., et al. Data measuring device for the determination of damaged spot of power line

Autonomous device, which allows to measure normal and abnormal parameters of power line mode with any voltage class/ is presented.

Keywords: gas sensitive sensor, sensitive layer, membrane, semiconductor substrate, thin film, heating element.

Самотаев Н. Н., Подлепецкий Б. И., Васильев А. А. и др. Металлооксидный газочувствительный датчик с повышенной селективностью к аммиаку … 47

Представлены метрологические и эксплуатационные характеристики металлооксидного датчика, обладающего повышенной селективностью к аммиаку в присутствии метана, монооксида углерода и паров воды. Особенностью разработки является использование импульсного режима нагрева чувствительного элемента датчика в качестве основного фактора в достижении повышенной селективности к аммиаку. Порог чувствительности к аммиаку, достигнутый в режиме импульсной модуляции температуры, составил 5 10^–4 % об.

Ключевые слова: чувствительный элемент, аммиак, термоциклирование, селективность.

Samotaev N. N., Podlepetsky B. I., Vasiliev A. A., et al. Metal oxide sensor with improved selectivity to ammonia

The measurement regime and the design of the sensor enabling very selective detection of ammonia gas in presence of CH₄, CO and humidity were developed. The detection limit of about 5 ppm was achieved by the application of pulsing heating mode of gas sensor.

Keywords: ammonia, selective sensor, gas sensor.

Шагурин И. И., Тарнавский В. М. Интерфейсный SPI-модуль для устройств первичной обработки в виде “систем на кристалле” … 50

Описана структура и функционирование интерфейсного модуля, обеспечивающего в контрольно-измерительных системах связь датчиков и первичных преобразователей с управляющим микроконтроллером или микропроцессором. Разработанный модуль реализует широко распространенный интерфейс SPI и представляет собой синтезируемый сложно-функциональный блок, который может быть использован в составе контрольно-измерительных устройств, разрабатываемых в виде “систем на кристалле”.

Ключевые слова: датчик, контрольно-измерительная система, система на кристалле, интерфейсный модуль, последовательный периферийный интерфейс, SPI

Shagurin I. I., Tarnavsky V. M. SPI-interface module for primary processing devices of "system-on-chip" type

A structure and a functioning of interface module, providing a communication of sensors and primary transducers with controlling microcontroller or microprocessor in control measuring systems is described. Developed module realizes widespread interface SPI and it represents synthesized complex functional block, which may be used in control measuring systems developed in a "system-on-chip" form.

Keywords: sensor, control-measuring system, system on chip, interface module, serial peripheral interface, SPI.

Ершов М. Н. Разработка математических моделей измерения уровня жидкости поплавковым рычажным уровнемером … 53

Рассмотрена методика расчета уровня жидкости при использовании поплавкового рычажного уровнемера и узла измерения наклона резервуара. Показаны ограничения и особенности практического использования разработанных математических моделей.

Ключевые слова: измерение уровня, математическая модель, поверхность жидкости, поплавок, инклинометр.

Ershov M. N. Lever float gage: development of mathematical models of liquid level measurement

The article describes a way to calculate liquid level then lever float gage and tank inclinometer devices are used. Also, limitations and features of practical usage the mathematical models are considered.

Keywords: level measurement, fluid surface, float, inclinometer.

Нестерук И. Н. Индуктивный измерительный преобразователь углового перемещения … 57

Описана конструкция и исследованы основные параметры индуктивного измерительного преобразователя, предназначенного для измерения угловых перемещений ротора гальванометрического сканатора, выполненного в виде подвижной катушки.

Ключевые слова: измерительные преобразователи, датчики, измерения.

Nesteruk I. N. Inductive transducer of angular displacement

The paper describes the design and study of the basic parameters of the inductive transducer designed to measure the angular displacement of the rotor of the moving coil galvanometric scanner.

Keywords: measuring transducers, sensors, measurements.

Вострухин А. В. Микроконтроллерный преобразователь для резистивного датчика … 60

Рассматривается микроконтроллерный преобразователь сопротивления резистивного датчика в двоичный код. В преобразователе реализован процесс управления током датчика.

Ключевые слова: микроконтроллер, преобразователь, сопротивление, резистивный датчик, широтно-импульсный модулятор, счетчик, ШИМ-сигнал, аналоговый компаратор, двоичный код.

Vostrukhin A. V. The microcontroller converter for the resistive sensor

The microcontroller converter of the resistive sensor into the binary code is considered. The process of control by a sensor current is realized in the converter.

Keywords: microcontroller, converter, resistor, resistive sensor, pulse-width modulator, counter, PWM-signal, analog comparator, binary code.

Горюнов В. А., Дьячков Е. А., Бурков Ю. Г. Энергосбережение в системах позиционирования пневмоцилиндров … 62

Рассмотрены некоторые схемы управляющих устройств позиционирования пневмоцилиндров в системах автоматического управления, позволяющие сократить непроизводительные потери сжатого воздуха.

Ключевые слова: энергосбережение, пневмоавтоматика, программное устройство.

Goryunov V. A., D'yachkov E. A., Burkov Yu. G. Energy saving in pneumatic cylinder positioning systems

Some schemes of control devices for positioning of pneumatic cylinders in automatic control systems, which allow to decrease wasteful losses of compressed air.

Keywords: energy saving, pneumatic automation, programmed device.

Семейкин В. Д., Скупченко А. В. Система управления корпоративной сетью передачи данных …

Показано применение нейросетевых моделей для решения задач контроля и управления сетью передачи данных. В процессе выполнения работы рассматриваются нейросетевые модели, построенные на основе обучаемых искусственных нейронных сетей (ИНС) для эффективного решения задач контроля, прогнозирования и управления трафиком сетей передачи данных. Основные технические особенности – разработан алгоритм, реализующий прогноз на базе ИНС и принятие решений для контроля и управления сетью передачи данных.

Ключевые слова: нейросетевая модель, контроль и управление сетью передачи данных, прогноз на базе искусственных нейронных сетей.

Semeykin V. D., Skupchenko A. V. Control system for corporate data transfer systems

Application of neural networks models for problem solution in data transfer network control and management is described. Neural networks models built on a base of educable artificial neural networks (ANN) for effective solution of problems of traffic control, prognosis and management in data transfer networks were considered in a process of work implementation. Main technical feature is: algorithm was developed, which realizes a prognosis based on ANN and decision making for control and management of data transfer network.

Keywords: neural networks model, data transfer network control and management, prognosis based on artificial neural networks.

ИЗМЕРЕНИЯ, КОНТРОЛЬ, АВТОМАТИЗАЦИЯ (журнал в журнале)

Беседина К. Н., Власов А. И., Токарев С. В. и др. Перспективы создания средств восприятия и преобразования на основе фотонных кристаллов … 69

Дана систематизация и проведено обобщение научных и технологических основ формирования опаловых нанокомпозитов, обладающих свойствами фотонных кристаллов. Основное внимание уделено анализу областей возможного применения данных разработок при создании современных сенсорных систем, в наноэлектронике, оптоэлектронике, волоконной и интегральной оптике, радиоэлектронике и ряде других отраслей при создании новой перспективной элементной базы.

Ключевые слова: микроэлектроника, фотонные кристаллы, опаловые нанокомпозиты,

Besedina K. N., Vlasov A. I., Tokarev S. V., et al. Perspective of a creation of perception and processing tools based on photon crystals

Systematization and generalization of scientific and technological properties of a formation of opal nano-composites with properties of photon crystals were presented. Main attention was given to an analysis of areas of possible application of development results in modern sensor systems creation, in nanoelectronics, optoelectronics and number of other fields for a creation of new perspective elemental base.

Keywords: microelectronics, photon crystals, opal nano-composites.

Новости … 78

ХРОНИКА

Успешный дебют выставки “Новая электроника 2011” … 80

* * *

Contents and abstracts … 83