Датчики и системы, № 7,2012 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
Дмитриенко А. Г., Мясникова М. Г., Пушкарева А. В., Цыпин Б. В. Применение аппроксимации сигналов суммой комплексных экспонент в системах телеметрии, контроля и диагностики … 2
Рассматриваются области применения аппроксимации сигналов затухающими колебаниями, методы оценки параметров таких колебаний, а также способы повышения адаптивности аппроксимации в задачах телеметрии, контроля, диагностики, сжатия и восстановления информации.
Ключевые слова: аппроксимация, комплексная экспонента, затухающие колебания, метод Прони, метод Рутисхаузера, модель, порядок модели, регрессионное уравнение, сжатие и восстановление сигналов, Z-преобразование.
Dmitrienko A. G., Myasnikova M. G., Pushkareva A. V., Tsypin B. V. Using of signal approximation by a sum of complex exponents in systems of telemetry, control and diagnostics
Areas of application of signal approximation by fading oscillations, methods of estimation parameters of such oscillations, and adaptability increase methods of approximation are considered for tasks of telemetry, control, diagnostics, compression and information recovery.
Keywords: approximation, complex exponent, fading oscillations, Prony method, Rutishauser method, model, order of model, regression equation, compression and information recovery, Z-transform.
Дмитриенко А. Г., Иосифов В. П., Мясникова М. Г. Методика обработки откликов датчиков с цензурированными отсчетами … 6
Предлагается методика обработки откликов с цензурированными отсчетами с целью получения динамических характеристик средств измерений по коротким откликам. Предложенная методика позволяет не учитывать промахи и уменьшить чувствительность к аддитивным помехам.
Ключевые слова: динамические характеристики, измерения, отклики с короткой длительностью, цензурированные отсчеты.
Dmitrienko A. G., Iosifov V. P., Myasnikova M. G. Method of processing of sensors’ responses with censored readouts
The technique of processing of responses with censorship samples for the purpose of determination measuring tools dynamic characteristics of under short responses is offered. The offered technique allows to reject blunders and reduce sensitivity to additive noise.
Keywords: dynamic characteristics, measurements, short response, censorship samples.
Кычкин А. В., Бакунов Р. Р., Мехоношин А. С. Оценка возможности работы подвижной сенсорной сети АСУТП в режиме реального времени … 8
Предложена структура подвижной мониторирующей системы АСУТП, контролируемая и контролирующая подсистемы которой объединены и построены на базе сенсорной сети взаимодействующих между собой мобильных регистраторов (МР). Построена модель передачи измерительной и управляющей информации, гарантирующая работу системы в режиме реального времени (РРВ) за счет организации доступа к среде с разделением во времени. Проведена оценка работы системы на основе исследования усовершенствованного сетевого протокола канального уровня, реализующего предложенную модель сбора данных в РРВ.
Ключевые слова: сенсорная сеть, АСУТП, режим реального времени, мобильный регистратор, датчик, сетевой протокол.
Kychkin A. V., Bakunov R. R., Mekhonoshin A. S. Estimation of the possibility of the functioning of mobile sensor network of automatic control system of technological process in real-time mode
The structure of mobile monitoring subsystem of automatic control system of technological process in which controlled and controlling subsystems are integrated and built on the basis of sensor network of interacting mobile recorders. The model of the transmission of measuring and controlling information which ensures system functioning in real-time mode through the organization of time-sharing access to the medium was developed. The evaluation of system functioning based on the study of advanced channel level network protocol realizing proposed data gathering model in real-time mode was carried out.
Keywords: sensor network, automatic control system of technological process, real-time mode, mobile recorder, sensor, network protocol.
Кизимов А. Т., Березин Д. Р., Летунов Д. А., Лебедев М. А. Построение пространственной бесплатформенной инерциальной курсовертикали с применением кватернионов … 13
Рассматривается вариант построения пространственной бесплатформенной инерциальной курсовертикали на основе измерения трех проекций вектора угловой скорости, вектора линейного ускорения, вектора магнитного поля Земли на базовые оси летательного аппарата. Вычисление углов ориентации выполняется с применением кватернионов и компенсации погрешностей без использования внешней информации.
Ключевые слова: бесплатформенная инерциальная курсовертикаль, угловые скорости, линейные ускорения, магнитное поле Земли, кватернионы, компенсация погрешностей.
Kizimov A. T., Berezin D. R., Letunov D. A., Lebedev М. А. UAV inertial strapdown three-dimensional attitude and heading reference system construction using quaternions
Designing of the inertial strapdown three-dimensional attitude and heading reference system (AHRS) based on the measurements of angular rates, linear accelerations and Earth magnetic field vector is considered in the paper. The measurements are taken by sensors fixed at the vehicle body frame. Vehicle rotation dynamics is described using quaternions. Attitude calculation involves compensation of angular rate sensors errors. No reference information external to ARHS is used.
Keywords: inertial strapdown attitude and heading reference system, angular rates, quaternins, linear accelerations, Earth magnetic field, errors compensation
Манжула В. Г. Функционально интегрированная микроэлектронная система защиты на основе быстродействующего датчика температуры … 18
На основе анализа основных причин отказов микроэлектронных энергонапряженных элементов предложены пути расширения области безопасной работы и технические решения по интеграции защит от перегрузок по току и температуре. Приведена схемотехническая реализация функционально интегрированной системы защиты на основе быстродействующего датчика температуры.
Ключевые слова: область безопасной работы, микроэлектронная система, датчик температуры, электронная схема.
Manzhula V. G. Functionally integrated microelectronic systems protection based on fast temperature sensor
Ways to enhance the safe operation and technical solutions for an integration of protection against current and temperature overloads are proposed on the basis of the analysis of the main causes of failures of microelectronic energy-intensive elements. Implementations of the proposed circuitry are functionally integrated security system based on high-speed sensor.
Keywords: safe operating area, the microelectronic system, temperature sensor, an electronic circuit.
Тихоненков В. А., Солуянов Д. А. Способ компенсации мультипликативной температурной погрешности тензорезисторного датчика … 22
Описан способ компенсации мультипликативной температурной погрешности тензорезисторного датчика с мостовой измерительной цепью с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики девиации выходного сигнала датчика.
Ключевые слова: тензорезисторный датчик, мостовая цепь, мультипликативная температурная погрешность, компенсация, нелинейность.
Tihonenkov V. A., Soluyanov D. A. The method for compensation of multiplicative temperature error of strain gauge
The paper present the method for compensation of multiplicative temperature error of strain gauge with a bridge measuring circuit taking into account negative nonlinearity of the temperature characteristic output signal deviation.
Keywords: strain gauge, bridge circuit, multiplicative temperature error, compensation, nonlinearity.
Емец С. В., Хорошавина Е. А. Коррекция дополнительной динамической температурной погрешности интегральных тензопреобразователей давления … 26
Исследована температурная погрешность интегральных тензопреобразователей давления, выделены статическая и динамическая составляющая температурной погрешности, определены пути минимизации температурной погрешности, обусловленной динамикой температуры.
Ключевые слова: интегральный тензопреобразователь давления, коррекция погрешности, дополнительная температурная погрешность, алгоритмическая коррекция, математическая модель.
Emetz S. V., Khoroshavina E. A. Correction of the pressure gage’s additional dynamic temperature error
The temperature error of the pressure gage is researched, static and dynamic components of the temperature error are allocated, ways of minimization of a temperature error defined by temperature dynamic are offered in the present article.
Keywords: integrated tensometric pressure transducer, error compensation, additional temperature inaccuracy, algorithmic correction, mathematical model.
Бобылев Д. А. Оценка эффективности применения частотного метода и метода моментов импульсной характеристики для параметрической идентификации двухполюсников … 29
Проведен сравнительный анализ двух методов преобразования параметров многоэлементных двухполюсников: частотного метода и метода моментов импульсной характеристики, а также соответствующих им средств преобразований. На основе этого анализа и сравнения основных свойств преобразований "вектор – скаляр", необходимых для реализации указанных средств преобразования, формулируется вывод о степени перспективности каждого из методов.
Ключевые слова: параметры двухполюсников, измерение импеданса, момент импульсной характеристики, помехоустойчивое дифференцирование.
Bobylev D. A. Assessment of effectiveness of the frequency of the method and the method of moments of the impulse response for parametric identification-ports
Comparative analysis is being made of the two methods of transformation of the parameters of multi-element-ports: frequency method and the method of moments of impulse character-characteristics, as well as their corresponding means of transformation. On the basis of this analysis and comparison of the main properties of transformations of vector-scalar, necessary for realization of the specified means, formulated conclusion about the degree of availability of each method.
Keywords: the parameters of the multi-element-ports, the measurement of the impedance, the moment of impulse response, channel differentiation.
Николаев Ю. Н., Пинигин М. А., Павловский И. В., Петрова М. А. Закономерности воздействия предельных углеводородов на полупроводниковые датчики и ФИД-детекторы … 34
Впервые рассмотрены закономерности воздействия предельных углеводородов на датчики различной природы в зависимости от строения молекулы (молекулярного веса, пространственной изомерии данного углеводорода). Все эксперименты проводились на мультисенсорном газоанализаторе ГАНК-4РБН, содержащем восемь датчиков, из которых один фотоионизационный ФИД, другой – полупроводниковый на основе диоксида олова SnO2, остальные шесть – электрохимические (ориентированные на измерение NН3, NO, SO2, CO, формальдегида и NO2).
Ключевые слова: углеводороды, закономерности изменения сигнала, полупроводниковые поверхности, ГАНК-4РБН.
Nikolaev Yu. N., Pinigin M. A., Pavlovsky I. V., Petrova M. A. Regularities of the influence of saturated hydrocarbons on semiconductor sensors and PhID-sensors
For the first time regularities of the influence of saturated hydrocarbons on sensors of different kind depending on molecular structure (molecular weight and space isomerism of given hydrocarbon). All experiments were carried out on multi-sensor gas analyzer GANK-4RBN containing eight sensors including one photo-ionization PhID, another – semiconductor based on tin dioxide SnO2, other six – electrochemical ones (oriented for measurements of NН3, NO, SO2, CO, formaldehyde and NO2).
Keywords: hydrocarbons, regularities of signal change, semiconductor surfaces, GANK-4RBN.
Николаев Ю. Н., Казаков Л. И., Павловский И. В., Пинигин М.А. Расчет энергии связи молекулы с поверхностью полупроводникового газового сенсора … 38
Рассмотрены результаты расчетов энергии связи адсорбированной газовой молекулы с поверхностью полупроводникового газового сенсора на основе SnO2. Показано, что зависимость энергии связи от числа атомов углерода в гомологическом ряду для органических веществ (таких как спирты, углеводороды) с большой точностью представляет собой прямую линию, причем для разных классов соединений прямые – параллельны. Экспериментальные данные для расчетов получены на базе газоанализатора ГАНК-4РБН.
Ключевые слова: спирты, углеводороды, энергия связи, гомологический ряд, полупроводниковые поверхности, ГАНК-4РБН.
Nikolaev Yu. N., Kazakov L. I., Pavlovsky I. V., Pinigin M. A. Calculation of binding energy of molecule on surface of semiconductor gas sensor
Results of calculations of binding energy of adsorbed gas molecule on surface of semiconductor gas sensor based on SnO2 are considered. It was shown that the dependence of binding energy from the number of carbon atoms in homologous series of organic substances (such as alcohols and hydrocarbons) can be approximated with high accuracy by straight line and lines for different classes of compounds are parallel. Experimental data for calculations were obtained on basis of GANK-4RBN gas analyzer.
Keywords: alcohols, hydrocarbons, binding energy, homologous series, semiconductor surfaces, GANK-4RBN.
КОНСТРУИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ
Представляет СКБ САМИ ДВО РАН
Давыдов В. В., Малашенко А. Е. Проект создания Сахалинской региональной комплексной системы безопасности … 41
В целях обеспечения безопасности жизнедеятельности на море и в прибрежной зоне Сахалинской области обсуждается вопрос о создании региональной комплексной системы безопасности на базе технических средств и технологий морской информационной инфраструктуры открытого типа.
Ключевые слова: опасные морские явления, комплексная система безопасности, мониторинг состояния окружающей среды.
Davydov V. V., Malashenko A. E. The creation of Sakhalin regional complex system of safety
The creation of regional complex system of safety on the basis of means and technologies of sea information infrastructure of open type is necessary for the safe activity on the sea and in the coastal zone of the Sakhalin region.
Keywords: dangerous sea phenomena, complex system of safety, monitoring of the environment.
Малашенко А. Е., Якутов И. Н. Система мобильного дистанционного мониторинга на базе беспилотного летательного аппарата потенциально опасных объектов ТЭК Сахалинской области … 43
Рассмотрены метод дистанционного мониторинга наземного пространства на базе беспилотного летательного аппарата и задачи, решаемые с его помощью. Представлен комплекс дистанционного мониторинга поверхности "Птера-СМ", предназначенный для контроля и наблюдения за объектами с воздуха.
Ключевые слова: дистанционный мониторинг, беспилотный летательный аппарат, комплексная система безопасности.
Malashenko A. E., Yakutov I. N. Mobile system of remote monitoring of potentially dangerous objects of Sakhalin region fuel-energy complex based on pilotless vehicle
The remote monitoring of land space on the basis of the pilotless aircraft is one of the most perspective methods of supervision of a situation in the distant territories. This method of monitoring is created and exists for the performance of a wide range of special tasks in the complex system of safety.
Keywords: remote monitoring, pilotless aircraft, the complex system of safety.
* * *
Белозубов Е. М., Белозубова Н. Е., Васильев В. А. Тонкопленочные емкостные нано- и микроэлектромеханические системы с монолитным диэлектриком для датчиков давления … 46
Рассмотрены тонкопленочные емкостные микроэлектромеханические системы с монолитным диэлектриком. Показаны преимущества и недостатки различных вариантов построения таких систем.
Ключевые слова: тонкопленочные емкостные микроэлектромеханические системы, (ТЕНиМЭМС) монолитный диэлектрик.
Belozubov E. M., Belozubova N. E., Vasil’ev V. A. Thin-film capacitive nano- and microelectromechanical systems with monolithic dielectric for pressure sensors
Thin-film capacitive nano-and microelectromechanical systems (TCNaMEMS) with monolithic dielectric are studied. We show highs and lows of different variants of such systems.
Keywords: thin-film capacitive nano- and microelectromechanical systems (TNaCMEMS), monolithic dielectric.
Аблеев А. Н., Ануфриев Б. Ф., Мартыненко С. П., Шульман Ю. С. Система контроля чистоты гелия в твэлах ядерных реакторов … 52
Представлена система контроля чистоты гелия внутри твэлов ядерных реакторов без нарушения их герметичности. Изложены основные принципы работы и технические характеристики разработанной системы. Приведены результаты экспериментальных исследований, хорошо согласующиеся с результатами теоретических расчетов.
Ключевые слова: контроль чистоты гелия, акустический метод, резонансная частота колебаний газа, газосборник твэла.
Ableev A. N., Anufriyev B. F., Martinenko S. P., Shulman Yu. S. The measuring system of helium impurity inside nuclear reactor fuel rods
The system of helium impurity testing inside nuclear reactor fuel rods without loss of its hermeticity is represented. The main performance principles and technical features of the system devised are stated. The given experimental results match well with the theoretical calculation data.
Keywords: helium impurity testing; acoustic method; resonance frequency of gas vibration; gas plenum of fuel rod.
Масальский Н. В. Волноводный оптический интерферометр Маха-Цендера на структуре кремний на изоляторе … 56
Обсуждается перспективный подход для синтеза высокоэффективного волноводного оптического интерферометра Маха-Цендера на основе стандартной кремниевой технологии. На основе численных расчетов оптимизируются топологические параметры устройства для достижения высоких метрологических характеристик
Ключевые слова: кремниевая фотоника, волноводный оптический интерферометр, кремний на изоляторе.
Masal’sky N. V. Waveguide optical Mach-Zänder interferometer on silicon on insulator structure
A perspective approach to synthesis of highly effective waveguide optical Mach-Zänder interferometer based on standard silicon technology is discussed. Device topological parameters are optimized for an achievement of high metrological characteristics on basis of numerical calculations.
Keywords: silicon photonics, waveguide optical interferometer, silicon on insulator.
Дегтярев А. А., Ткачев С. С. Разработка и тестирование программного комплекса для полунатурного моделирования работы звездного датчика … 59
Представлены результаты исследований по созданию и отработке программного комплекса управления стендом полунатурного моделирования работы звездного датчика. Описана структура стенда, процедура его предварительной калибровки и разработанные алгоритмы функционирования макета звездного датчика. Основное внимание в работе уделено вопросам проектирования, разработки архитектуры и тестирования многофункционального программного комплекса для управления стендом.
Ключевые слова: звездный датчик, лабораторный стенд, калибровка, идентификация звездных конфигураций, ориентация спутника, моделирование движения космического аппарата, разработка программного обеспечения.
Degtyarev A. A., Tkachev S. S. Development and testing of software package for partial-size simulation of star sensor functioning
Results of developing and elaboration of the laboratory equipment control software for stars tracker simulations are presented. The architecture of the test bench, the procedure of its preliminary calibration and developed image processing, stars identification and attitude determination algorithms are described. The main attention is paid to the development and testing of the multifunction software for laboratory bench control. The software structure and functionality are described.
Keywords: star tracker, laboratory bench, calibration, star pattern recognition, satellites orientation, satellites dynamics simulation, software development.
Анисимов А.В., Суслов М.А., Зуйков В.А. Оснастка к исследованиям массопереноса под влиянием статического и динамического давления непосредственно в датчике градиентного ЯМР … 64
При изучении массопереноса на молекулярном уровне в гетерогенных системах в качестве чувствительного датчика переноса часто используется техника спин-эхо-ЯМР с импульсным градиентом магнитного поля – градиентного ЯМР. Исследования выигрывают в информативности при приложении к образцу внешнего давления. Описывается система устройств, для создания статического и импульсного давления на образцы непосредственно в датчике градиентного ЯМР. Статическое давление образуется давлением газа. Для создания импульсного давления используется эффект светогидравлического удара лазерного импульса.
Ключевые слова: давление, датчик, градиентный ЯМР, лазерный генератор.
Anisimov A. V., Suslov M. A., Zuykov V. A. Accessories for studies of mass transfer under the influence of static and dynamic pressure directly in gradient NMR sensor …
The method of spin echo NMR with pulse gradient of magnetic field (gradient NMR) is used often as sensitive transfer sensor for a study of mass transfer in heterogeneous systems on molecular level. Information capability of studies increases when outer pressure is applied to a sample. A system of devices for static and dynamic pressure generation directly in gradient NMR sensor is described. Static pressure generates by gas pressure. An effect of light-hydraulic from laser pulse is used for pulsed pressure generation.
Keywords: pressure, sensor, gradient NMR, laser generator.
Гулямов Ш. М., Юсупбеков А. Н., Банденок Е. Ю. и др. К разработке измерительного преобразователя в составе газоаналитического комплекса для определения содержания вредных компонентов в газовых смесях … 67
Обоснована целесообразность использования спектрофотометрического метода измерения концентрации вредных компонентов в технологических газовых смесях при построении первичного измерительного преобразователя в составе газоаналитического комплекса.
Ключевые слова: газовый анализ, спектрофотометрический метод измерения, оптико-электронный газоанализатор, контроль содержания оксида углерода и углеводородов в газовый смеси, оптическая плотность газовой среды.
Gulyamov Sh. M., Yusupbekov A. N., Bandenok E. Yu., et al. On the development of measuring transducer in the composition of the gas analyzing complex for the determination of harmful components concentration in gas medium
The expediency of use a spectrum photometric method of measurement of concentration of harmful components in technological gas mixes is proved at construction of the primary measuring converter in structure gas of an analytical complex.
Keywords: gas analysis, spectrophotometric measurement method, optical electronic gas analyzer, control of carbon oxide and hydrocarbons concentration in gas mixture, optical density of gas medium.
Лебедева Т. Н., Шадрин С. В. Инфракрасный детектор CO2 анализатора газов в металлах и сплавах … 70
Приведена информация по использованию ИК-излучателей в измерительном инфракрасном детекторе СО2 анализатора газов. Описан принцип работы ИК-излучателя, демонстрирующий высокую интенсивность излучения в широком диапазоне длин волн, а также электрическая схема управления и регулирования ИК-излучателем.
Ключевые слова: ИК-излучатель, ИК-детектор СО2, анализатор газов, концентрация газов.
Lebedeva T. N., Shadrin S. V. Infrared CO2 detector for an analyzer of gases in metals and alloys
Provides information on the use of infrared radiators in the measuring infrared detector CO2 gas analyzer. Describes the principle of operation infrared radiators, showing the high intensity of the radiation in a wide wavelength range. See wiring electric scheme control and regulation of infrared radiators.
Keywords: infrared radiators, infrared detector CO2, gas analyzer, the concentration of gases.
Жиров В. Г. Применение датчиков усилия для взвешивания груза в загрузочной тележке … 72
Описано применение датчиков усилия для взвешивания груза в загрузочной тележке в металлургическом производстве. Рассмотрена конструкция механизма системы взвешивания, показано размещение датчиков. Результатом разработки является повышение надежности и точности.
Ключевые слова: датчик, взвешивание груза, размещение датчиков.
Zhirov V. G. Use of force sensors for load weighting in charging car
Use of force sensors for load weighting in charging car in metallurgical industry is described. Design of weighting system mechanism is examined; the placement of sensors is shown. The increase of reliability and accuracy is the result of the development.
Key words: sensor, load weighting, placement of sensors.
ИЗМЕРЕНИЯ, КОНТРОЛЬ, АВТОМАТИЗАЦИЯ (журнал в журнале)
Совлуков А. С., Хаблов Д. В. Возможности радиоволновых методов для обнаружения живых людей за преградами по дыханию и сердцебиению … 74
Рассмотрены возможности радиоволновых методов измерений и устройств на их основе для поиска живых людей по дыханию и сердцебиению в завалах из обломков строительных конструкций и находящихся под снегом. Произведен выбор оптимальных режимов и схем построения данных устройств обнаружения живых людей. Приведен обзор литературы по данной проблеме.
Ключевые слова: радиоволновый, обнаружение, преграда, человек, дыхание, сердцебиение.
Sovlukov A. S., Khablov D. V. Abilities of microwave methods for detection of alive people through obstacles by breathing and heartbeat
Abilities of microwave measurement methods and devices for search of alive people by breathing and heartbeat through obstacles that are building ruins and under snow are considered. Optimal regimes and design schemes for these life detectors devices are chosen. Publications related to this problem are reviewed.
Keywords: microwave, detection, obstacles, human, breathing, heartbeat.
Новости. Перспективы и тенденции … 84
* * *
Contents and abstracts … 87