Датчики и системы, № 1, 2016
Sensors and Systems, N 1, 2016
С О Д Е Р Ж А Н И Е и А Н Н О Т А Ц И И
C O N T E N T S AND A B S T R A C T S
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОМУ ГОСУДАРСТВЕННОМУ
УНИВЕРСИТЕТУ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ – 75 ЛЕТ
Антохина Ю. А.
ИНТЕГРАЦИЯ – КЛЮЧ К УСПЕХУ … 3
Antokhina Yu. A.
INTEGRATION – THE KEY TO SUCCESS … 3
Представляет Институт радиотехники,
электроники и связи
Бестугин А. Р., Киршина И. А., Оводенко А. А., Осколков Б. В., Филонов О. М.
АДГЕЗИЯ В МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ … 5
Аннотация: Адгезия рассматривается в статье как фактор, в
значительной мере определяющий надежность технологических процессов в
производстве микроэлектромеханических систем (МЭМС), изготовленных с применением поверхностной
технологии. Исследуются физические и химические условия ее возникновения,
проводится количественная оценка близкодействующих и поверхностных сил,
приводящих к адгезионному коллапсу в МЭМС. Сформулированы предложения по предотвращению адгезии
на завершающих этапах технологического процесса. Обсуждаются существующие и
перспективные методы, применяемые с этой целью на предприятиях электронной
промышленности.
Ключевые слова: адгезия,
микроэлектромеханические системы, поверхностная
энергия, силы Ван-дер-Ваальса.
Bestugin A. R., Kirshina I. A., Ovodenko
A. A., Oskolkov B. V., Filonov
O. M.
ADHESION IN MICROMECHANICAL SYSTEMS … 5
Abstract: Adhesion is considered in article
as the factor considerably defining reliability of technological processes in
production of the microelectromechanical systems made
with application of superficial technology. Physical and chemical conditions of
its emergence are investigated, the quantitative
assessment of the short-range and superficial forces leading to adhesive
collapse in MEMS is carried out. Offers on prevention
of adhesion at the final stages of technological process are formulated. The
existing and perspective methods applied for this purpose at the enterprises of
electronic industry are discussed.
Keywords: adhesion, microelectromechanical systems, superficial energy, Van-der-Waals's strengths.
Ваганов М. А., Казаков В. И., Москалец О. Д.
СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД В ТЕОРИИ ОПТИЧЕСКИХ СПЕКТРАЛЬНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
… 10
Аннотация: Представлены элементы альтернативной теории
спектральных приборов оптического диапазона, в которых спектральное разложение
осуществляется путем линейной обработки анализируемого оптического излучения. В
рамках системного подхода предложено деление спектрального прибора как
дифракционного, так и резонаторного типа на две подсистемы, выполняющие
линейные и нелинейные преобразования оптического излучения соответственно.
Выполненные исследования опираются на методы теории линейных систем, волновой
оптики и радиооптики.
Ключевые слова: системный подход, линейная система,
аппаратная функция, линейный интегральный оператор, спектр, спектральный
прибор, оптический диапазон.
Vaganov M. A., Kazakov V. I., Moskaletz
O. D.
SYSTEM APPROACH IN THE THEORY OF OPTICAL
SPECTRAL MEASUREMENTS … 10
Abstract: Some items of the alternative
theory of optical range spectral devices in which the spectral decomposition is
performed by linear processing of the analyzed optical radiation are developed.
As part of the system approach the division of spectral instrument, which
include diffraction and resonator type devices into two subsystems that perform
linear and nonlinear transformation of the optical radiation respectively is
proposed. These investigations are based on the methods of a system approach,
the theory of linear systems, wave optics and radiooptics.
Keywords: system approach, linear system, apparatus function, linear integral
operator, spectrum, spectral device, optical range.
Балышева О. Л.
ВОЗМОЖНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПАВ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ИНТЕГРИРОВАННЫХ
ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ … 15
Аннотация: Рассомтрены
конструктивные возможности и используемые принципы организации интегрированных
ЧЭ на ПАВ. Делается попытка систематизации возможных решений.
Ключевые слова: поверхностные акустические волны
(ПАВ), датчики, чувствительный элемент, интегрированный чувствительный элемент.
Balysheva O. L.
SAW TECHNOLOGY CAPABILITIES TO DESIGN AN INTEGRATED SENSING ELEMENTS … 15
Abstract: The paper discusses the design
features and the principles of organization of the integrated SAW sensors. The
author proposes systematization of approaches.
Keywords: surface
acoustic waves (SAW), sensors, sensitive element, integrated
sensitive element.
Ларин В. П., Шелест
Д. К.
КОМБИНИРОВАННЫЙ МЕТОД ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
ПРИЕМОЧНОГО КОНТРОЛЯ СЛОЖНЫХ ИЗДЕЛИЙ … 21
Аннотация: Рассмотрен
метод проектирования технологической системы приемочного контроля сложных
технических объектов, основанный на комбинации
функционально-модульного и объектно-ориентированного подходов с информационным
сопровождением процесса проектирования. Рассмотрена последовательность
функций-процедур преобразований информации в процессе проектирования.
Иерархическое представление функциональной структуры системы, на основе
последовательно проводимой процедуры правил назначения каждой проверке
программы контроля определенной совокупности модулей технических средств
сопровождается поддержкой баз данных и знаний.
Ключевые
слова: модульное проектирование, технологическая система, приемочный контроль,
функциональные задачи, элементарные операции, функциональные элементы,
конструктивные модули, структурный синтез.
Larin V. P., Shelest D. K.
THE COMBINED METHOD OF ACCEPTANCE CONTROL
SYSTEMS ENGINEERING OF COMPLEX PRODUCTS … 21
Abstract: Considered design method of
technological system of acceptance control (TSPK) of
complex technical objects, based on a combination of functionally-modular and
object-oriented approaches to the accompaniment of the design process.
Considered a sequence of functions-transformation information procedures in the
design process. A hierarchical representation of the functional structure of
the system, on the basis of consistently pursued by the rules of procedure of
the appointment of each inspection program control a specific set of modules of
technical means is accompanied by support for data and knowledge bases.
Keywords: modular
design, technology, system acceptance control, functional tasks, basic
operation, functional elements, structural modules, structural synthesis.
Окин П. А.
ПОВЫШЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ МЭМ-ДАТЧИКОВ
ДАВЛЕНИЯ ОПТИМИЗАЦИЕЙ ТОПОЛОГИИ ВТОРИЧНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ … 27
Аннотация: Предложен
подход к проектированию измерительных каналов микроэлектромеханических
датчиков с резонансными измерительными преобразователями на основе оптимизации
их размещения и угловой ориентации на поверхности анизотропного
чувствительного элемента с целью повышения чувствительности.
Сформулированы топологические решения, обеспечивающие максимальную
чувствительность вторичных преобразователей резонансного типа к измеряемым
физическим величинам. Показано, что некоторые из применяемых в настоящее время
конструкторских решений не обоснованы теоретически и не дают реальных
практических результатов.
Ключевые слова: анизотропия, микроэлектромеханические
датчики чувствительность, резонансный измерительный преобразователь, мембрана,
топология.
Okin P. A.
INCREASING THE SENSITIVITY OF MEMS PRESSURE SENSORS BY OPTIMIZATION OF TOPOLOGY OF THE
SECONDARY TRANSDUCERS … 27
Abstract: In article approach to design of
measuring channels of microelectromechanical sensors
with resonant measuring converters, on the basis of optimization of their
placement and angular orientation to surfaces of an anisotropic sensitive
element for the purpose of sensitivity increase is stated. Topological
solutions are formulated to provide maximum sensitivity of the secondary
resonance type converters to the measured physical quantity. It has been shown
that some of the currently used design solutions are not justified
theoretically, and do not give practical results.
Keywords: anisotropy,
MEMS sensors, the sensitivity, resonant transducer,
membrane, topology.
Кравец Е. В.
АКУСТОЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ
ГИДРОЛОКАТОРОВ КРУГОВОГО ОБЗОРА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ ТРУБОПРОВОДОВ
… 30
Аннотация: Рассмотрено
устройство пространственной обработки сигналов антенной решетки гидролокатора
кругового обзора. Рассмотрены особенности, характеристики устройства, показана
актуальность его использования для контроля подводных переходов трубопроводов.
Ключевые слова: контроль подводных переходов
трубопроводов, пространственная обработка, поверхностные акустические волны,
акустоэлектронные устройства.
Kravets E. V.
ACOUSTO-ELECTRONIC DEVICE FOR PROCESSING OF
SIGNALS FROM AZIMUTH SEARCH SONAR FOR SUBMARINE PIPELINE … 30
Abstract: The paper discusses the
characteristics of the multi-channel acousto-electronic device that may be used as the spatial signal processing device for azimuth search sonar for
submarine pipeline.
Keywords: submerged crossings, spatial processing, surface acoustic wave acoustoelectronic device.
Представляет Институт
интеллектуальных систем управления и нанотехнологий
Евсеев Е. В.,
Тимофеев С. С., Чубраева Л. И.
СИСТЕМА КОНТРОЛЯ НАМАГНИЧЕННОСТИ МАССИВОВ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ
СВЕРХПРОВОДНИКОВ В КРИОГЕННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЕ … 35
Аннотация: Рассмотрены
особенности работы синхронных электрических машин с объемными
высокотемпературными сверхпроводниками (ВТСП) на
роторе. Показана необходимость намагничивания ВТСП-массивов
в собранной электрической машине, где “захваченный”, или “вмороженный”
магнитный поток может изменяться под влиянием ряда факторов, обусловленных как
особенностями конструктивного исполнения машины, так и электромагнитными
процессами в ней. Рассмотрено два варианта системы контроля намагниченности ВТСП-массивов и температуры в криогенной зоне с
использованием низкотемпературных датчиков Холла и датчиков температуры.
Ключевые слова: система
контроля, датчики температуры и
магнитного поля, криогенная электрическая машина, объемные ВТСП,
намагниченность, релаксация магнитного потока, цифровая обработка сигнала.
Evseyev E. V., Timofeyev S. S., Chubraeva
L. I.
SYSTEM FOR CONTROL OF HIGH-TEMPERATURE
SUPERCONDUCTOR BULKS MAGNETIZING IN CRYOGENIC ELECTRICAL MACHINE … 35
Abstract: Peculiarities of electrical
alternators operation, comprising high-temperature superconductivity (HTSC) bulks on the rotor are being discussed. The necessity
of bulk magnetizing in an assembled alternator is shown. The “trapped” or “cooled-in”
magnetic flux may deviate under the influence of a number of factors, depending
on the alternator design as well as on electro-magnetic processes in it.
Therefore the development of a special control system, watching in the
cryogenic zone the level of bulk magnetizing and their surface temperature is
necessary. There are being presented two variants of such a system, applying
special low-temperature Hall sensors and thermo-couples.
Keywords: control system, temperature and magnetic flux density sensors,
cryogenic alternator, massive HTSC, magnetization, magnetic flux creep, digital signal processing.
Соленый С. В.,
Соленая О. Я.
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДАТЧИКА ТОКА ДЛЯ УСТРОЙСТВ ИСКРОЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОПРОВОДОК … 40
Аннотация: Исследованы
подходы к разработке датчика тока для устройств искрозащиты
электрической сети напряжением до 1 кВ. Предложена математическая модель,
позволяющая исследовать динамические свойства предлагаемого датчика тока как в переходных, так и в установившихся режимах
работы.
Ключевые слова: датчик
тока, математическая модель, низковольтная электрическая сеть, контактное
соединение, электрическое искрение,
переходное сопротивление.
Soleniy S. V., Solenaya O. Ya.
MATHEMATICAL MODEL OF ELECTRIC CURRENT SENSOR
FOR THE DEVICE PROTECTING ELECTRICAL WIRING FROM
Abstract: Approaches to the development of
the current sensor device spark protection low mains voltage up to 1 kV
facilities related to human activity are studied. A mathematical model allowing
you to explore the dynamic properties of the proposed current sensor as in the
transition and in steady-state operating conditions is proposed.
Keywords: electric current sensor, mathematical model, low-voltage electrical
grid, contact connection, electrical sparking.
Тимофеев С. С., Турубанов М. А.
СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ И ВИЗУАЛИЗАЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ … 45
Аннотация: Рассмотрено
устройство, позволяющее анализировать электромагнитные поля сложной конфигурации как в двухмерном, так и в трехмерном
пространстве и получать необходимые данные для более точного определения
параметров материалов различных электроэнергетических устройств.
Ключевые слова: датчики
магнитного поля, постоянные магниты, наноматериалы,
электрические двигатели и генераторы нетрадиционного исполнения.
Timofeyev S. S., Turubanov M. A.
MEASUREMENT AND VISUALIZATION SYSTEM OF THE
MAGNETIC FIELD … 45
Abstract: The article deals
with a device that allows to analyze the electromagnetic fields of complex configuration in two-dimensional and three-dimensional space and obtain the
necessary data for a more accurate determination of the different materials
parameters of power engineering devices.
Keywords: magnetic field sensor, permanent magnets, nanomaterial,
electric motors and generators of nonconventional design.
Представляет Институт инноватики и базовой магистерской подготовки
Institute of the Innovation and Magistracy presents
Варехов А. Г.
ИЗМЕРЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ МОТОРНЫХ МАСЕЛ ПО СВЕТОРАССЕЯНИЮ … 51
Аннотация: Показано, что
для регенерации отработанного моторного масла необходимы оценка характера
загрязнений и измерение уровня загрязненности. Описано фотометрическое устройство
для измерения уровня загрязненности масел по светорассеянию.
Ключевые слова: отработанные масла; светорассеяние;
измерение загрязненности, фотометрическое устройство.
Varekhov A. G.
MEASUREMENT OF ENGINE OILS CONTAMINATION ON
LIGHT SCATTERING … 51
Abstract: The assessment
of contamination level were shown to be necessary for regeneration of
the waste engine oil; light-scattering photometric device for measurement of
the contamination level is described.
Keywords: used oils; light scattering; contamination
measurement.
Котликов Е. Н., Новикова Ю. А., Плехоткина
Г. Л., Прилипко В. К.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ АХРОМАТИЧЕСКИХ ПРОСВЕТЛЯЮЩИХ ПОКРЫТИЙ … 54
Аннотация: Описан метод
проектирования ахроматических просветляющих покрытий в инфракрасном диапазоне
спектра. Рассмотрены разработанные программы синтеза и анализа устойчивости
интерференционных покрытий на основе минимизации функций качества и метода
эквивалентных слоев. Приведен пример синтеза и изготовления ахроматических
просветляющих покрытий на подложке из германия в диапазоне спектра 2¼12
мкм.
Ключевые слова: синтез, ахроматические просветляющие
покрытия, спектры, функция качества, эквивалентные слои, германий.
Kotlikov E. N., Novikova Iu. A., Plekhotkina G. L., Prilipko V. K.
DESIGNING OF ACHROMATIC ANTIREFLECTION COATINGS
… 54
Abstract: The described method designing achromatic antireflection
coatings in the infrared spectrum. Use of the developed program of
synthesis and stability analysis interference coatings on the basis of
minimizing the quality function and method of equivalent layers. An example of
synthesis and fabrication of achromatic antireflection coatings on a substrate
of germanium in the wavelength range of 2…12 microns.
Keywords: synthesis,
achromatic antireflective coatings, spectra, function quality, equivalent
layers, germanium.
Кочетков С. В.,
Семенова Е. Г.
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
ИННОВАЦИОННОГО ПРОИЗВОДСТВА … 58
Аннотация: Разработана
методика оценки эффективности функционирования инновационного производства. Представлен
методический подход к измерению инновационного потенциала
производства, а также методология создания инновационного производства, основой
которой являются процессы формирования, использования и наращивания его инновационного
потенциала. Рассмотрен механизм управления инновационным производством,
позволяющий определить направления его инновационного развития. Разработаны показатели
эффективности функционирования инновационного производства: показатель
концентрации и показатель наращивания инновационного производства. Сделаны выводы
о том, что разработанная методика оценки эффективности функционирования инновационного
производства позволит обеспечить перевод российской экономики на инновационный
путь развития.
Ключевые
слова: инновационное производство,
инновационный потенциал, создание, функционирование, оценка, показатели
эффективности.
Kochetkov S. V., Semenova E. G.
THE EVALUATION METHODIC OF EFFECTIVENESS FOR
FUNCTIONING OF THE INNOVATIVE MANUFACTURING … 58
Abstract: In the article the evaluation methodics of effectiveness for functioning of the
innovative manufacturing is developed. The methodical approach to the
measurement of manufacturing’s innovative capacity is designed. The methodology
of formation of innovative manufacturing which based on the processes of
formation and using and enhancing of its innovative capacity is developed. The
managing mechanism for innovative manufacturing to determine the directions of
its development is designed. The effectiveness indicators for functioning of the
innovative manufacturing which consist the indicator of concentration for
innovative manufacturing and indicator of enhancing for innovative
manufacturing are developed. In conclusions the developed evaluation methodics of effectiveness for functioning of the
innovative manufacturing provides the conversion of the Russian economy on an
innovative path of development.
Keywords: innovative
manufacturing, innovative capacity, formation, functioning, evaluation,
effectiveness indicators.
Мишура Т. П., Скориантов Н. Н.
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ
ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ … 63
Аннотация: Рассмотрены
преимущества вибрационного мониторинга энергетического оборудования.
Проиллюстрирован пример планирования текущего ремонта по анализу
диагностических признаков с выводом сообщений экспертной
системы поддержки принятия решений. Показаны наиболее вероятные диапазоны частот и величины повышения уровней вибрации
механизмов при различных эксплуатационных дефектах. Отмечены требования
к системе метрологического обеспечения диагностических комплексов. Перечислены
нормированные метрологические характеристики измерительных каналов для
диагностических комплексов. Представлен интерфейс перспективной системы мониторинга технического состояния роторного
оборудования. Сформулирован вывод о технико-экономической эффективности
применения диагностических комплексов с нормированными метрологическими характеристиками
измерительных каналов для мониторинга технического состояния роторного оборудования.
Ключевые слова: метрологическое обеспечение,
измерительный канал, нормируемые метрологические характеристики, вибрационный
мониторинг, измерительная система, выявление эксплуатационных дефектов,
требования к системе метрологического обеспечения.
Mishura T. P., Skoriantov N. N.
MEASUREMENT ASSURANCE DIAGNOSTIC COMPLEX FOR
THE EVALUATION OF TECHNICAL CONDITION POWER EQUIPMENT … 63
Abstract: The advantages of vibration monitoring
of power equipment. It illustrates an example of planning maintenance on the
analysis of diagnostic signs with error messages expert decision support
system. Showing the most probable ranges of frequencies and increase the value
of the vibration levels at vari-ous operational
mechanisms defects. Noting the requirements to the system of meteorological
maintenance of diagnostic systems. Listed normalized meteorological
characteristics of measuring channels for diagnostic systems. Listed normalized
metrological characteristics of measuring channels for diagnostic systems.
Presented interface perspective of monitoring the technical condition of rotary
equipment. Conclusions on the technical and economic efficiency of diagnostic
systems with normalized meteorological characteristics of measuring channels
for monitoring the technical condition of rotating equipment.
Keywords: metrological
provision, measuring channel, normalized metrological characteristics,
vibration monitoring, measuring system, the identification of operational
defects, the system requirements of metrological support.