Датчики и системы, № 5, 2016

Sensors and Systems, N 5, 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

ТЕОРИЯ И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ

THEORY AND CONSTRUCTION PRINCIPLES OF SENSORS, DEVICES AND SYSTEMS

Хмелев В. Н., Шалунов А. В., Доровских Р. С., Голых Р. Н., Нестеров В. А.

ИЗМЕРЕНИЕ АКУСТИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ, ВВОДИМОЙ В ГАЗОВУЮ СРЕДУ УЛЬТРАЗВУКОВЫМИ АППАРАТАМИ С ИЗЛУЧАТЕЛЯМИ ДИСКОВОГО ТИПА … 3

Аннотация: В статье представлены результаты исследований, направленных на определение величины акустической энергии, вводимой в газовые среды при помощи ультразвуковых аппаратов с дисковыми излучателями, путем измерения потребляемой электрической мощности УЗ аппаратов при различных статических давлениях газовой среды в замкнутом объеме. Показано, что разработанная методика позволяет получить представление о реальных значениях излучаемой акустической мощности в отличие от методов, основанных на измерении уровня звукового давления в отдельных точках озвучиваемой технологической среды.

Ключевые слова: ультразвук, акустическая энергия, потребляемая мощность, коэффициент полезного действия, дисковый излучатель, газовая среда.

Khmelev V. N., Shalunov A. V., Dorovskikh R. S., Golykh R. N., Nesterov V. A.

MEASUREMENT OF ACOUSTIC POWER INTRODUCED INTO THE GAS MEDIUM ULTRASONIC DEVICES WITH DISK RADIATORS … 3

Abstract: The article presents the results of research aimed at the determining the quantity of the acoustic energy output in gas media using ultrasound devices with disk radiator, by measuring the consumed electric power of ultrasonic devices at various static pressures of the gas medium in a confined volume. It is shown that the developed method allows you to get an idea about the real values of the radiated acoustic power, in contrast to methods based on the measurement of sound pressure levels at certain points of technological environment

Keywords: ultrasonic, acoustic power, power consumption, efficiency, disk radiator, gas medium.

Качанов Б. О., Кулабухов В. С., Туктарев Н. А., Гришин Д. В., Бусурин В. И.

ИДЕНТИФИКАЦИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ДЕВИАЦИИ МАГНИТОМЕТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ В ПОЛЕТЕ … 12

Аннотация: Представлен метод оперативной идентификации коэффициентов девиации при изменении состава бортового оборудования летательного аппарата от полета к полету. Используется упрощенная модель измерений трехкомпонентного магнитометра, учитывающая влияние магнитно-твердых материалов полностью, а влияние магнитно-мягких материалов в горизонтальной плоскости аппарата. Коэффициенты модели идентифицируются по измерениям модуля магнитного поля земли при выполнении полета по кругу. Идентификация выполняется бортовым компьютером по данным, накопленным при выполнении маневра с учетом начального курса перед взлетом. Компенсация девиации при оценивании текущего курса выполняется с помощью настроенной модели с учетом крена, тангажа и магнитного склонения.

Ключевые слова: летательный аппарат, девиация, магнитометр, идентификация, уравнение Пуассона.

Kachanov B. O., Kulabuhov V. S., Tuktarjov N. A., Grishin D. V., Busurin V. I.

IDENTIFICATION OF DEVIATION COEFFICIENTS OF A MAGNETOMETER IN FLIGHT … 12

Abstract: The method is designed for operational identification of deviation in case of changed composition of an aircraft’s onboard equipment from flight to flight. A simplified measurement model of a three-axes magnetometer is used considering completely the influence of magnetically hard materials and the influence of magnetically soft materials in vehicle’s horizontal plane. Model’s coefficients get identified by measuring the modulus of the earth magnetic field when flying along a circle trajectory. Identification is executed by an onboard computer using data accumulated during the maneuver with initial value of heading predetermined before takeoff. Compensation of deviation for evaluating current heading is performed by adjusted model considering pitch, roll and magnetic declination.

Keywords: aircraft, deviation, magnetometer, identification, the Poisson equation.

Жамбалова С. Ц., Коптева А. В.

ГРАДУИРОВКА КАК СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ СЛОЖНЫХ ГЕТЕРОГЕННЫХ ПОТОКОВ … 19

Аннотация: Рассмотрен способ повышения точности измерений для учета товарной нефти. Достоверность результатов определяется градуировкой измерительных систем, но их большое число провоцирует возникновение статистической погрешности, обусловленной высокой динамикой случайных сигналов, которая должна учитываться. С целью повышения точности измерений используется метод дискретизации по времени систем радиоизотопного измерения плотности транспортируемой нефти. Радиоизотопный измеритель плотности регистрирует количество и значение амплитуды импульсов не за некоторый интервал времени, а определяется путем совместной обработки отсчетов прямого и рассеянного излучений по известным соотношениям.

Ключевые слова: статистическая погрешность, градуировка, градуировочная характеристика, способ повышения точности, измерительная система.

Zhambalova S. Ts., Kopteva A. V.

CALIBRATION AS A WAY OF METHOD FOR INCREASING THE ACCURACY MEASURING SYSTEM OF COMPLEX HETEROGENEOUS STREAM … 19

Abstract: In this paper a way to improve measurement accuracy in marketable oil metering is presented. The precision of measurements depends upon measuring systems grading, but their large variety provokes static error due to random signal influence which should be taken into account. In order to improve the measurement accuracy radioisotope sampling density method for time measurement systems is used. Radioisotope density meter records the pulses number and the amplitudes not for a certain period of time, but determines it by co-treatment samples of direct and scattered radiation.

Keywords: statistical accuracy, graduation, calibration data, method of increasing the accuracy, the measuring system.

Пякилля Б. И., Бедарева Е. В., Гончаров В. И., Цимбалист Э. И.

СИНТЕЗ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ КОАКСИАЛЬНОГО ШУНТА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ДАННЫМ … 23

Аннотация: Представлена полученная на основе экспериментальных значений частотных характеристик коаксиального шунта переменного тока математическая модель шунта в виде точной иррациональной передаточной функции, отражающей распределенность параметров в пространстве. Предложена аппроксимирующая функция, удовлетворяющая требованиям физической реализуемости амплитудного корректора, увеличивающего полосу частот измеряемых токов.

Ключевые слова: шунт переменного тока, аппроксимация, иррациональная передаточная функция, математическая модель объекта с распределенными параметрами, интерполяция, комплексное сопротивление.

Pyakillya B. I., Bedareva E. V., Goncharov V. I., Tsimbalist E. I.

BUILDING A MATHEMATICAL MODEL OF AN ALTERNATING CURRENT SHUNT FROM EXPERIMENTAL DATA … 23

Abstract: Mathematical description of an alternating current coaxial shunt’s electrical impedance is presented. The description is based on experimental frequency response data. The mathematical description is irrational transfer function, which takes into account space distribution of shunt’s parameters. An approximating function used for amplitude corrector’s design and broadening measurements frequency band is proposed.

Keywords: alternating current shunt, approximation, irrational transfer function, distributed parameter system’s mathematical model, interpolation, electrical impedance.

КОНСТРУИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ

DESIGN AND PRODUCTION OF SENSORS, DEVICES AND SYSTEMS

Системы автоматизированного проектирования коммутационных структур
электронных средств

Computer-aided design of electronic means of connection structures

Гриднев В. Н., Емельянов Е. И., Власов А. И., Леонидов В. В.

МЕТОДИКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ КОММУТАЦИОННЫХ СТРУКТУР В СРЕДЕ ALTIUM DESIGNER … 29

Аннотация: Основное внимание в первой статье цикла уделено особенностям начального этапа проектирования коммутационных структур. Решение задач формализации исходных данных, их анализа с позиции требований технического задания и накладываемых ограничений во многом определяет параметры дальнейшего технологического процесса. Этот этап является наиболее важным и ответственным с точки зрения дальнейшего производства и оптимизации коммутационной структуры. Он предусматривает анализ принципиальной схемы, создания библиотеки посадочных мест и топологическое проектирование, согласование форматов данных и т. п. В работе показано, что с позиции системного подхода в условиях современного цифрового инструментального производства и синхронных технологий проектирования среда Altium Designer позволяет разрабатывать коммутационные структуры высокой сложности с минимальными затратами на проектирование и дальнейшее сопровождение за счет вариативной проектной структуры и сквозного сопровождения разработки на разных уровнях проектирования.

Ключевые слова: коммутационные структуры, Altium Designer, системный анализ, компоновка, трассировка, посадочные места, библиотека, топология, нормы проектирования.

Gridnev V. N., Emeyanov E. I., Vlasov A. I., Leonidov V. V.

TECHNIQUES OF ELECTRONIC DESIGN AUTOMATION OF SWITCHING STRUCTURES IN ALTIUM DESIGNER ENVIRONMENT … 29

Abstract: The main attention in the first article of a cycle is paid to features of the initial stage of design of switching structures. The solution of problems of formalization of basic data, their analysis from a position of requirements of the specification and the imposed restrictions in many respects determines parameters of further technological process. This stage is the most important and responsible from the point of view of further production and optimization of switching structure. He provides the analysis of the schematic diagram, creation of library of seats and topological design, coordination of formats of data, etc. In work it is shown that from a position of system approach in the conditions of modern digital tool production and synchronous technologies of design the Altium Designer environment allows to develop switching structures of high complexity with the minimum costs of design and further maintenance at the expense of variable design structure and through maintenance of development at the different levels of design.

Keywords: switching structures, Altium Designer, system analysis, configuration, trace, seats, library, topology, norms of design.

***

Серьезнов А. Н., Степанова Л. Н., Кабанов С. И.

ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОЙ СИСТЕМЫ … 37

Аннотация: Рассмотрен принцип построения четырехканального модуля многоканальной распределенной акустико-эмиссионной (АЭ) системы, предназначенной для мониторинга ответственных конструкций. Введение в каждый модуль параметрического канала обеспечивает измерение и обработку информации, повышающую достоверность АЭ-диагностики. В системе реализовано программное переключение полосы пропускания, коэффициента усиления и цифровая фильтрация. Система работает в режиме автокалибровки, а также – в режимах приема дискретных и непрерывных сигналов.

Ключевые слова: диагностика, дефект, акустическая эмиссия, акустический датчик, тензодатчик, модуль, микропроцессор, система.

Seryeznov A. N., Stepanova L. N., Kabanov S. I.

DISTRIBUTED ACOUSTIC EMISSION SYSTEM DIAGNOSTIC UNIT … 37

Abstract: The principle of operation is considered of four-channel unit of multichannel acoustic emission distributed system designed for critical structures monitoring. Parametric channel addition to each unit provides measurement and processing of ancillary information to increase AE-diagnostics reliability. Software switching of bandwidth and gain coefficient are realized in system, and also digital filtering. System operates in auto-calibration mode and in in the modes of reception of discrete and continuous signals.

Keywords: diagnostics, defect, acoustic emission, acoustic sensor, strain sensor, unit, microprocessor, system.

Смагин М. С.

О НЕКОТОРЫХ ПЕРСПЕКТИВНЫХ РАЗРАБОТКАХ ПРИБОРОВ НОЧНОГО ВИДЕНИЯ, ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ В КОРОТКОВОЛНОВОЙ ОБЛАСТИ ИНФРАКРАСНОГО ДИАПАЗОНА … 43

Аннотация: Дан обзор особенностей коротковолнового участка инфракрасного спектра с точки зрения его перспективности для решения задач ночного видения. В частности рассматривается явление собственного свечения атмосферы Земли, имеющего пик яркости на данном участке. Представлены существующие и перспективные технологии построения приборов ночного видения, чувствительных на данном участке электромагнитного спектра. Сделан вывод о перспективности данного направления и необходимости организации соответствующих исследований в России.

Ключевые слова: приборы ночного видения, инфракрасные приборы, нанотехнология, электроника на новых физических принципах, органическая электроника, собственное свечение атмосферы.

Smagin M. S.

ON SOME PROMISING DEVELOPMENTS OF NIGHT VISION DEVICES, SENSIBLE IN NIR SUB-BAND OF INFRARED SPECTRUM … 43

Abstract: This article presents a review of NIR sub-band features according to its possible availability for night vision devices. The particular attention is given to atmospheric airglow phenomena, which has intensity peak in this sub-band. The now used and promising technologies of night vision devices, sensible for this sub-band, are considered. The conclusion is made about promising character of this field and the necessity of performing the research and development works on this field in Russia.

Keywords: night vision devices, infrared devices, nanotechnology, electronics on new physical principles, organic electronics, atmospheric airglow.

Антоненков Д. А.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ВЗВЕШЕННОГО В ВОДЕ ВЕЩЕСТВА … 48

Аннотация: Представлен метод определения характеристик взвешенного в воде вещества, отличающийся применением “мгновенной” фотосъемки непосредственно примыкающего к иллюминатору тонкого слоя воды с частицами взвеси, позволяющий одновременно получать экспресс данные о концентрации и размерном составе взвешенных в воде частиц при больших скоростях их перемещения и высокой концентрации. Описана конструкция специализированного стенда для апробации данного метода. Приведен алгоритм обработки фотоизображений, позволяющий определять концентрацию и размерный состав взвешенного в воде вещества.

Ключевые слова: водная среда, концентрация взвеси, размерный состав частиц, обработка изображений.

Antonenkov D. A.

THE SUSPENSION CHARACTERISTICS DETERMINING METHOD … 48

Abstract: The article presents a suspension characteristics determining method that differs from the existing methods by the application of the “instant” photography of the directly adjacent to the window thin water layer with suspension particles, which enables to receive the suspension concentration and size express data at high travel speed and high concentration. The developed specialized test bench construction for the given method approbation is described. The article provides the image processing algorithm that allows to determine the suspension concentration and size.

Keywords: aquatic environment, suspension concentration, suspension size, image processing.

ХРОНИКА

CHRONICLE

Смирнов С. В.

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И МЕТОДЫ, ПРЕДЛОЖЕННЫЕ НА КОНФЕРЕНЦИИ "CAD/CAM/PDM-2015" … 53

Аннотация: Представлен выборочный обзор докладов XV-ой Международной конференции “Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (CAD/CAM/PDM – 2015)”. Доклады посвящены организации структур технических и программных средств проектирования и управления, средствам взаимодействия, структурам данных, виртуальной реальности, проектированию в машиностроении и электронике, системам управления этапами жизненного цикла промышленного продукта и PDM-системам.

Ключевые слова: CAD/CAM/PDM-системы, системы автоматизированного проектирования, структуры систем и данных, 3D-моделирование, синтез и анализ систем, алгоритмы, система управления технологическим производством, жизненный цикл, программный комплекс, числовое программное управление, программно реализованный контроллер.

Smirnov S. V.

THE NEW TECHNOLOGIES AND METHODS OFFERED AT THE CAD/CAM/PDM-2015 CONFERENCE … 53

Abstract: In article is presented short analytical review report XV-ouch International conference "Systems of the designing, technological preparation production and management stage life cycle of the industrial product (CAD/CAM/PDM – 2015) ". Reports are devoted to the organization of structures technical and software of design and management, to a handshaking, structures of data, virtual reality, design in mechanical engineering and electronics, to control systems of stages of life cycle of an industrial product and PDM-systems.

Keywords: CAD/CAM/PDM-systems, automated systems of the designing, structures of the systems, structures data, 3D modeling, syntheses and analysis of the systems, algorithms, control system of technological production, life cycle, program complex, software, computer numerical control, the program realized controller.

НОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА–2016 … 66

NEW ELECTRONICS–2016 … 66