ДАТЧИКИ И СИСТЕМЫ № 11, 2012
С О Д Е Р Ж А Н И Е И А Н Н О Т А Ц И И
CONTENTS AND ABSTRACTS
Национальному исследовательскому ядерному университету
«МИФИ» – 70 лет
Подлепецкий Б. И. Микроэлектронные средства измерения. Термины и определения … 3
Представлены наиболее распространенные термины и определения, используемые в области современного микроэлектронного приборостроения, и рекомендации по их применению. Дана оценка состояния и отмечены тенденции развития информационно-терминологического базиса в этой области.
Ключевые слова: микроэлектронные датчики, приборы, системы, термины и определения.
Podlepetsky B. I. Microelectronic measuring tools. Terms and definitions ...
Most widespread terms and definitions used in the sector of modern microelectronic instrument making and recommendations concerning their application are presented. State estimate for this sector was given and progress trends of information-terminological basis were mentioned.
Keywords: microelectronic sensors, devices, systems, terms and definitions.
Бочаров Ю. И., Бутузов В. А., Гурковский Б. В. и др. Дистанционный индикатор для быстрого определения альфа-радиоактивного загрязнения местности … 14
Представлен новый прибор “Альфа-А” для оперативного обнаружения альфа-радиоактивных нуклидов газоразрядным методом. Показана актуальность разработки данного прибора для мониторинга состояния окружающей среды. Рассмотрены преимущества данного прибора в сравнении с аналогами и предыдущим опытным образцом данного прибора. Приведены основные характеристики прибора.
Ключевые слова: альфа-радиоактивность, аэроионы, дистанционная регистрация, метод аэроионной топометрии, портативный прибор, радионуклиды,
Bocharov Y. I., Butuzov V. A., Gurkovsky B. V., et al. Remote indicator for fast determination of alpha-radioactivity environmental contamination ...
New device "Alpha-A" for operational detection of alpha-radioactive nuclides by gas-discharge method is presented. The urgency of the development of given device for monitoring of environmental conditions was shown. The advantages of this device in comparison with its analogs and previous experimental model of this device are considered. Main characteristics of this device are presented.
Keywords: alpha-radioactivity, atmospheric ions, remote registration, method of atmospheric ions topometry, portable device, radionuclides.
Антонович С. В., Немчинов В. М. Унификация программного обеспечения интеллектуальных датчиков в микропроцессорных средствах измерений … 17
Рассмотрено применение совмещенных парадигм автоматного и объектного подходов для унификации программного обеспечения датчиков в средствах измерений. Рассмотрен типовой пример программирования датчика на языке C++. Рассмотренный подход позволяет значительно упростить разработку программного обеспечения средств измерений.
Ключевые слова: конечный автомат, средство измерений, объектно-ориентированное программирование, автоматное программирование, программирование, интеллектуальный датчик, встраиваемая система.
Antonovich S. V., Nemchinov V. M. The unification of smart sensors’ service software in microprocessor measuring means
Superposed using of automata based programming and object oriented programming applied to the unification of smart sensors’ software in measuring means are described in the paper. An example of programming is considered; typical C++ application is shown. Described approach makes simplerembedded software development for measuring means.
Keywords: finite state machine, state machine, measuringmeans, object oriented programming, automata based programming, programming, sensor, smart sensor, embedded system.
Бочаров Ю. И., Бутузов В. А., Осипов Д. Л. и др. Блок АЦП специализированной ИМС для датчиков давления … 21
Рассмотрен блок аналого-цифрового преобразователя (АЦП) в составе специализированной интегральной микросхемы, предназначенной для считывания, предварительной аналоговой обработки и преобразования в цифровой код сигналов тензорезистивных сенсоров мостового типа. Микросхема ориентирована на использование в микромощных датчиках давления с промышленным интерфейсом “токовая петля 4¼20 мА”, питание которых может осуществляться от линии передачи данных, а также в других датчиках с жесткими ограничениями на уровень потребляемого тока. АЦП может найти самостоятельное применение в аппаратуре с ограниченными энергоресурсами. Основные параметры АЦП: номинальная разрядность – 14 бит, время преобразования – 32 мкс, напряжение питания – 3,3 В, ток потребления 300 мкА, технология – Би-КМОП с проектными нормами 0,35 мкм.
Ключевые слова: аналого-цифровой преобразователь, АЦП последовательных приближений, матрица переключаемых конденсаторов, специализированная ИМС, тензорезистивный сенсор, датчик давления.
Bocharov Y. I., Butuzov V. A., Osipov D. L., et al. ADC-block of ASIC for pressure sensors
We consider a block of analog-digital converter (ADC) in the ASIC designed to read, pre-processing and conversion to digital domain signals of strain gauge bridge type sensors. The chip is targeted for use in micro-power pressure sensors with the industry standard "4–20 mA current loop" interface, which can be powered from the data line, and in other sensors with the strict restrictions on the level of current consumption. ADC can also be used as a stand-alone device in apparatus with limited energy resources. The main parameters of the ADC are as follows: resolution – 14 bit, conversion time – 32 μs, supply voltage – 3.3 V, supply current – 300 μA, process – 0.35μ BiCMOS.
Keywords: analog-to-digital converter, ADC of successive approximations, matrix of switched capacitors, specialized microelectronic circuit, tensoresistive sensor, pressure transducer.
Самотаев Н. Н., Подлепецкий Б. И., Васильев А. А. и др. Формирование селективных откликов полупроводникового датчика на метан, водород и монооксид углерода в воздухе … 26
Представлены результаты селективного измерения концентрации СН4/Н2/СО газов в воздухе с помощью толстопленочного полупроводникового датчика на основе диоксида олова, функционирующего в режиме модуляции температуры. Обсуждаются возможные физические и химические механизмы формирования селективных откликов датчика на СН4, Н2 и СО в присутствии воздушной атмосферы.
Ключевые слова: газочувствительный элемент, водород, метан, монооксид углерода.
Samotaev N. N., Vasiliev A. A., Podlepetsky B. I., et al. The mechanism formation selective response of semiconductor sensor in mixture СН4/Н2/СО with air
The results of the selective measurement of gas concentrations in mixtures СН4/Н2/СО using single thick film metal oxide gas sensor based on SnO2 and operating in pulsing heating mode regime are presented. Possible physical and chemical mechanism of the formation of selective sensor response is discussed.
Keywords: selective sensor, CH4, CO, hydrogen.
Бакеренков А. С., Беляков В. В, Лапшинский В. А. и др. Прибор для измерения электрических характеристик электронных компонентов … 30
Рассмотрены структурно-функциональные и конструктивно-технологические характеристики прибора, предназначенного для автоматизированного измерения электрических характеристик интегральных и дискретных компонентов электронной аппаратуры. Описаны методика измерения токов с помощью диодного логарифмического преобразователя ток–напряжение и алгоритм калибровки преобразователя с использованием резисторов различных номиналов. Приведены передаточные характеристики трех измерительных каналов устройства. Данная методика позволяет измерять токи в широком диапазоне от 10–10 до 10–2 А с относительной погрешностью не более 1 %.
Ключевые слова: измерительные системы, датчик тока, вольтамперные характеристики, полупроводниковые приборы, интегральные микросхемы
Bakerenkov A. S., Belyakov V. V., Solomatin A. V. et al. The automatic equipment for semiconductor device voltage-current characteristic measurement
An automatic equipment for semiconductor device voltage-current characteristic measurement was described. Diode current sensor for current measurements was used and sensor calibration technique was presented. It provides relative accuracy 1% in wide current range (10–2 A…10–10 A).
Keywords: measuring systems, current sensor, voltage-current characteristic, semiconductor devices, integrated microcircuits.
Аблеев А. Н., Ануфриев Б. Ф., Островский В. Р., Панов А. А. Система контроля однородности материала оболочек твэлов ядерных реакторов … 35
Представлена автоматизированная система неразрушающего контроля однородности материала оболочек твэлов ядерных реакторов ультразвуковым импедансным методом. Изложены основные принципы работы и технические характеристики разработанной системы. Приведены результаты экспериментальных исследований однородности материала образцов оболочек твэлов.
Ключевые слова: анизотропия характеристик упругости, ультразвуковой импедансный метод, резонансная частота изгибных колебаний, оболочка твэла.
Ableev A. N., Anufriev B. F., Ostrovsky V. R., Panov A. A. System for homogeneity control of casings of nuclear reactor fuel elements
Automated system for nondestructive testing of homogeneity of nuclear reactor fuel elements casings by ultrasonic impedance method is presented. Main working principles and technical characteristics of developed system were stated. Results of experimental studies of the homogeneity of material of samples of fuel elements casings were given.
Keywords: anisotropy of elasticity characteristics, ultrasonic impedance method, resonance bending frequency, fuel element casing.
Мещеряков В. В., Масленников В. В., Мещеряков А. В. Методы повышения быстродействия сканирующего зондового микроскопа … 40
Для повышения быстродействия сканирующего зондового микроскопа в динамическом режиме предлагается использовать методы переменной скорости сканирования и динамического регулирования.
Ключевые слова: сканирующий зондовый микроскоп, скорость сканирования, пьезокерамический зонд камертонного типа.
Meshcheryakov V. V., Maslennikov V. V., Meshcheryakov A. V. Methods for operating speed increase of probing scanning microscope
Use of methods of variable scanning speed and dynamic control for operating speed increase of probing scanning microscope in dynamic mode is proposed.
Keywords: probing scanning microscope, scanning speed, piezoelectric ceramic probe of tuning-fork type.
Головин А. В., Беляков В. В., Васильев В. К. и др. Конструирование малогабаритного спектрометра ионной подвижности на основе технологии печатных плат … 45
Описана конструкция спектрометра ионной подвижности на основе технологии печатных плат. Основным узлом спектрометра является дрейфовая трубка массой 105 г и временем выхода на рабочую температуру 100 °С, не превышающем 5 мин.
Ключевые слова: спектрометрия ионной подвижности, дрейфовая трубка, ионный затвор, обнаружение сверхмалых количеств веществ, печатные платы.
Golovin A. V., Belyakov V. V., Vasil'ev V. K., et al. Design of small-sized ion mobility spectrometer based on printed circuit board technology
Design of ion mobility spectrometer based on printed circuit board technology was described. Drift tube with 105 g mass and 100 °C working temperature setting time less than 5 minutes is the main element of the spectrometer.
Keywords: ion mobility spectrometry, drift tube, ion shutter, detection of ultra-low quantities of matter, printed circuit boards.
Артамонов А. С., Бойченко Д. В., Никифоров А. Ю. и др. Радиационные исследования электронных датчиков механических величин … 50
Рассмотрены собенности проведения о и представлены результаты экспериментальных исследований некоторых типов коммерческих электронных датчиков механических величин зарубежного производства при воздействии дозовых эффектов и эффектов мощности дозы.
Ключевые слова: электронный датчик, дозовый эффект, эффекты мощности дозы, радиационная стойкость.
Artamonov A. S., Boychenko D. V., Nikiforov A. Yu., et al. Radiation resistance studies of electronic sensors of mechanical quantities
Specifics of carrying out experimental studies of some types of foreign made commercial electronic sensors of mechanical quantities with influence of radiation dose effects and radiation dose rate effects are considered and their results are presented.
Keywords: electronic sensor, radiation dose effect, radiation dose rate effects, radiation resistance.
Никифорова М. Ю., Попов В. Д. Интегральные датчики температуры DS18B20 в условиях действия ионизирующего излучения … 54
Предложены аппроксимации зависимостей точности измерения температуры с применением интегральных датчиков DS18B20 при их функционировании в различных электрических режимах от воздействия ионизирующего излучения с разными мощностями дозы поглощения.
Ключевые слова: точность измерения температуры, интегральные датчики температуры DS18B20, низкоинтенсивное ионизирующее излучение, мощность дозы, электрические режимы функционирования.
Nikiforova M. U., Popov V. D. The realization of the session functioning temperature sensors DS18B20 at a low level ionizing radiation exposure
Approximations of dependencies of accuracy of temperature measurements using integrated sensors DS18B20 with its functioning in different electrical modes on an influence of ionizing radiation at different absorbed radiation dose rate.
Keywords: accuracy of temperature measurements, integrated temperature sensors DS18B20, low level ionizing radiation, dose rate, electrical modes of functioning.
Барбашов В. М., Трушкин Н. С., Епифанцев К. А. Моделирование радиационной надежности цифровых систем … 57
Рассмотрены методы моделирования радиационной надежности цифровых систем, основанные на нечетком цифровом автомате Брауэра и топологических вероятностных моделях оценки работоспособности цифровых устройств. В первом случае поведение БИС определяется изменением детерминированных статических параметров, во втором статистическим разбросом пороговых уровней отказа. Даны алгоритмы прогнозирования остаточных радиационных эффектов БИС. В качестве примера приведены теоретические и экспериментальные результаты БИС биполярных и КМОП технологий по остаточным повреждениям.
Ключевые слова: радиационная стойкость, критериальная функция принадлежности, автомат Брауэра, топологические вероятностные модели.
Barbashov V. M., Trushkin N. S., Epiphantsev K. A. Simulation of radiation tolerance of digital systems
Simulation methods of radiation tolerance of digital systems based on fuzzy digital Brauer automaton and topological probabilistic models for an estimation of operating capacity of digital devices were considered. In the first case the behavior of large-scale integration circuit is determined by the variation of determined static parameters; in the second case it is determined by statistical straggling of failure threshold levels. Algorithms of the prediction residual radiation effects on large-scale integration circuits are given. Theoretical and experimental results on residual damage of large-scale integration circuits based on bipolar and C-MOS technologies are presented as an example.
Keywords: radiation resistance, criterion membership function, Brauer automaton, topological probabilistic models.
лаборатории составляют основу научно-образовательной среды “Электрофизика”, на кафедре “Электрофизические установки” НИЯУ МИФИ. Определены мотивация создания этих лабораторий и основные направления их использования как в образовательном процессе, так и при проведении научно-исследовательских работ.
Ключевые слова: виртуальная лаборатория электрофизики, моделирование электрофизических систем, структура виртуальной среды “Электрофизика”, оптика пучков высоких энергий.
Didenko A. N., Aver'yanov G. P., Dmitrieva V. V., et al. System of virtual electro-physical laboratories
The system of virtual (computer-based) physical technical laboratories simulating a functioning of subsystems of electro-physical devices is considered. These laboratories present the base of "Electro-physics" scientific educational environment at "Electro-physical facilities" NIYaU MEPhI department. The motivation of the development of these laboratories and main directions of their use in educational process and carrying out of scientific research works were determined.
Keywords: virtual electro-physical laboratory, simulation of electro-physical systems, structure of "Electro-physics" virtual environment, optics of high energy beams.Диденко А. Н., Аверьянов Г. П., Дмитриева В. В. и др. Система виртуальных лабораторий по электрофизике … 62
Рассмотрена система виртуальных (компьютерных) физико-технических лабораторий, имитирующих работу подсистем устройств электрофизики. Данные
ИЗМЕРЕНИЯ, КОНТРОЛЬ, АВТОМАТИЗАЦИЯ (журнал в журнале)
Бочкарева В. В., Веселов Д. С., Воронов Ю. А. и др. Конструктивно-технологические характеристики датчиков ускорения на основе МЭМС-технологий … 68
Представлены типовые конструкции чувствительных элементов, параметры и технологии изготовления датчиков ускорения на основе кремниевых преобразователей, изготовленных с применением технологий микроэлектромеханических систем (МЭМС). Показаны основные тенденции развития.
Ключевые слова: микроэлектронные датчики ускорения, акселерометры, инерционная масса, упругие элементы, тензопреобразователи, микроэлектромеханические структуры, МЭМС- технология.
Bochkareva V. V., Veselov D. S., Voronov Yu. A., et al. Constructive and technological microelectromechanical systems (MEMS) technologies are presented. Main trends of their development were shown.
Keywords: microelectronic acceleration sensors, accelerometers, resilient elements, tensometric transducers, microelectromechanical structures, MEMS technology.
Новости … 77
Конференции, симпозиумы, семинары (январь – июнь 2013) … 79characteristics of acceleration sensors based on MEMS technology
Standard sensitive elements design solutions, parameters and technologies of the manufacturing of acceleration sensors based on silicon transducers made with the use of
* * *
Contents and abstracts … 71