Датчики и системы, № 6, 2016

Sensors and Systems, N 6, 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

Представляет Нижегородский региональный редакционный совет

Nizhny Novgorod Regional Editorial Council presents

Крылов В. В.

НАВИГАЦИЯ В ПРОСТРАНСТВЕ ЗАПАХОВ С ПОМОЩЬЮ МУЛЬТИСЕНСОРНОГО ЭЛЕКТРОННОГО НОСА … 3

Аннотация: Рассмотрена возможность использования распределения запахов в окружающей среде для навигации, поиска целей, определения местоположения аналогично тому, как это делается с помощью видеокамер, ультразвуковых, температурных и других сенсоров. Современные устройства “электронный нос” могут обеспечить селективное детектирование отдельных газов с предельно низкими концентрациями. В статье показано, как может быть представлено поле запахов с точки зрения электронного носа, построенного на основе массива низкоселективных сенсоров, и как может осуществляться навигация для достижения источника выбранного типа. Показано, что источник, имеющий высокий уровень эмиссии запаха может мешать поиску другого источника низкой интенсивности. В отличие от известных методов решение может быть найдено с помощью распределенных измерений. В статье показано, что пространственная структура поля запахов позволяет осуществить векторную селекцию.

Ключевые слова: запах, электронный нос, сенсоры, запаховое пространство, пространственная селекция, навигация, компьютерное моделирование, факторизация неотрицательных матриц.

Krylov V. V.

ODOR SPACE NAVIGATION USING MULTISENSORY E-NOSE … 3

Abstract: The odor distribution around the environmental space can be used to make navigation, search goals, localize and map like by video, ultrasonic, temperature and other sensors. Modern e-noses can allow the selective detection of extremely low level of different gases. In the article we examine how can be presented the odor field from e-nose point of view if e-nose used the low selective sensor array. Using the simulation model, we show how the vector measurements of field of several odors sources can be processed to navigate to reach selected odor source. It has shown that the source having high level of odor intensity can interference to find the odor source of low intensity. The known matching receivers cannot resolve this problem. However, the distributed measurements can provide the solution. In the article, it has shown that spatial field structure allows odor vectors selection.

Keywords: odor, e-nose, sensors, odor space, space based selection, navigation, computer simulation, nonnegative matrix factorization.

Андриянов А. В.

УСТРОЙСТВА ЗАДЕРЖКИ СИГНАЛОВ С СУБПИКОСЕКУНДНОЙ ДИСКРЕТНОСТЬЮ И МАЛЫМИ ФАЗОВЫМИ ШУМАМИ … 13

Аннотация: Рассмотрены схемы устройств задержки с малыми вносимыми фазовыми шумами: на основе генератора линейно нарастающего напряжения и компаратора, каскада задержки на ДНЗ, “ударного” генератора и реверсивного счетчика. На основе анализа вносимых фазовых шумов сделаны оценки достижимой нестабильности (джиттера). Предложена комбинированная схема устройства задержки с коррекцией погрешности задержки. Приведены экспериментальные результаты.

Ключевые слова: схема задержки, фазовый шум, джиттер, нестабильность, субпикосекундная дискретность.

Andriyanov A. V.

DEVISES OF DELAY SIGNALS WITH SUBPICOSECOND DISCRETE AND LOW PHASE NOISE … 13

Abstract: The schemes devices of delay signals with low insertion phase noise based on the linear increasing voltage generator, comparator, stage delay on step recovery diode (SRD), “shock” generator and a reversible counter are described. Based on the analysis of insertion phase noise sources achievable phase noise (jitter) is calculated. Circuit combined stage delay on SRD and reversible counter with the digital error correction is proposed. Experimental results are presented.

Keywords: stage delay, phase noise, jitter, subpicosecond discrete, digital correction.

Басов А. А., Майстренко В. К., Радионов А. А., Светлов С. Н., Шишков Г. И., Щербаков В. В.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКРАНИРОВАННЫХ МИКРОПОЛОСКОВЫХ ЛИНИЙ С РЕЗИСТИВНЫМИ ПЛЕНКАМИ … 18

Аннотация: Рассмотрены физические основы применения тонких резистивных пленок в экранированных микрополосковых линиях для подавления волн высших типов. Приведены результаты экспериментальных исследований.

Ключевые слова: экранированные микрополосковые линии, тонкие резистивные пленки, коэффициенты ослабления и согласования.

Basov A. A., Maystrenko V. K., Radionov A. A., Svetlov S. N., Shishkov G. I., Shcherbakov V. V.

EXPERIMENTAL STUDY OF SHIELDED MICROSTRIP LINES WITH THE RESISTIVE FILM … 18

Abstract: The physical basis for the use of thin resistive films screened microstrip lines postglacial as one of the ways to suppress the higher types of waves is described. The results of experimental studies are given.

Keywords: shielded microstrip lines, thin film resistive stripes, coefficients of attenuation and matching.

Евсеев В. И., Лебедева Е. А., Никулин С. М., Петров В. В., Шипунов А. С.

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ПОЛОСКОВЫХ СВЧ-УСТРОЙСТВ … 23

Аннотация: Обсуждаются конструкции технических средств для решения широкого спектра задач измерения и/или контроля параметров интегральных структур и электронных компонентов в полосковых линиях передачи с произвольным волновым сопротивлением, выполненных на основе универсального контактного устройства. Предложена конфигурация, которая может гибко изменяться для реализации функций различных узлов с коаксиальными соединителями в пределах одного базового устройства. Описана оригинальная конструкция разъемного соединения коаксиальной и полосковой линий передачи. Представлены результаты экспериментальных исследований, демонстрирующие эффективность процедуры исключения влияния разъемов на получаемую измерительную информацию.

Ключевые слова: универсальное контактное устройство, коаксиально-полосковый переход, полосковые линии, интегральные структуры, электронные компоненты, коэффициенты отражения, S-параметры, калибровка, измерение.

Evseev V. I., Lebedev E. A. Nikulin S. M., Petrov V. V., Shipunov A. S.

TECHNICAL EQUIPMENT FOR A WIDE RANGE OF MEASUREMENT PARAMETERS STRIPLINE MICROWAVE DEVICES … 23

Abstract: The construction of technical means based on the universal contact device is presented to solve wide range of problems related to measurement and / or control parameters of integrated structures and electronic components in the strip transmission lines with an arbitrary characteristic impedance. In contrast to the established technique the configuration proposed can be varied flexibly to implement the functions of the components within a single base unit. We propose the original design of releasable connection between coaxial and stripline transmission lines. The results of measurements demonstrating the effectiveness of the connectors exclusion procedure are presented.

Keywords: Universal contact device, stripline, coaxial-stripline transition, integral structure, electronic components, the reflection coefficients, S-parameters, calibration, measurement.

Петров В. В., Ермолаев Е. В., Кутыркина Н. А.

ПРИБОР "ДИПСЭЛ 2" ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ИЗОЛЯЦИИ СУДОВОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ … 28

Аннотация: Рассмотрены конструкция, принцип действия и характеристики портативного прибора для диагностики состояния изоляции судового электрооборудования.

Ключевые слова: сопротивление изоляции, диагностика, поляризация, электроосмотическая сушка, дефекты изоляции.

Petrov V. V., Yermolaev E. V., Kutyrkina N. A.

THE DEVICE FOR MEASUREMENT OF RESISTANCE AND DIAGNOSTICS OF THE CONDITION OF ISOLATION OF SHIP ELECTRIC EQUIPMENT "DIPSEL 2" … 28

Abstract: Construction, the principle of operation and the characteristic of the portable device for diagnostics of a condition of isolation of ship electric equipment are considered.

Keywords: isolation resistance, diagnostics, polarization, electroosmotic drying, defects of isolation.

***

Носков В. Я., Игнатков К. А., Чупахин А. П.

ДВУХДИОДНЫЙ АВТОДИН В СИСТЕМАХ РАДИОВОЛНОВОГО КОНТРОЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ … 31

Аннотация: Рассмотрены принцип действия двухдиодного автодина и особенности его применения при определении параметров вибраций и перемещений объекта контроля. Проведен анализ разрешающей способности датчика вибраций на основе двухдиодного автодина. Представлены результаты испытаний автодинной радиоблокировки с двухдиодным приемопередающим модулем 8-мм диапазона, предназначенной для обнаружения изделий на траектории при баллистических испытаниях. Выявлено преимущество двухдиодного автодина с фазовой обработкой сигналов при обнаружении положения изделия на траектории в сравнении с обычным автодином с амплитудной обработкой сигнала.

Ключевые слова: автодин, двухдиодный автодин, автодинный генератор, автодинный модуль, радиоволновый контроль, динамические процессы.

Noskov V. Ya., Ignatkov K. A., Chupahin A. P.

APPLICATION OF A DOUBLE-DIODE AUTODYNE IN RADIOWAVE MONITORING SYSTEMS OF DYNAMIC PROCESSES … 31

Abstract: Operation principle description of a double-diode autodyne is given and peculiarities of its application are considered, at determination of small and large (compared to a wavelength) vibrations^’ parameters, of a monitored object’s displacement are studied. It is shown that resolving capability of the vibration sensor on the basis of the double-diode autodyne is about two times better than for the autodyne on the diffraction radiation oscillator and more than one order exceeds that of an eddy-current non-contact vibration meter ВВВ-302. Results of testing of autodyne radio-blocking with double-diode transmitter/receiver module of 8-mm range are presented. This module can be used for an article detection on a trajectory at its ballistic tests. Application of the double-diode autodyne with signal phase processing provides the less angle dispersion of detection of an object on the trajectory compared to the traditional autodyne with signal amplitude processing.

Keywords: autodyne, double-diode autodyne, autodyne oscillator, autodyne module, radio-wave monitoring, dynamic process.

Нечаев А. С., Мощенский Ю. В., Хуснутдинова Р. Р., Дмитриева Е. А.

МОДЕЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО БЛОКА ДСК ДЛЯ СИНТЕЗА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫМ ПОТОКОМ … 38

Аннотация: Представлена модель температурного поля в измерительном блоке устройства ДСК как объекта управления с распределенными параметрами, что дает возможность оценить температуру в различных точках и областях блока в зависимости от их удаленности от нагревателя. Определен коэффициент температуропроводности поверхностей измерительного блока устройства ДСК-500 в виде степенного полинома, позволяющий учесть изменение теплопроводности воздушного слоя и влияние теплового излучения на передачу тепла в нем. Получена структурная модель процесса распространения тепла в печке ДСК, необходимая для решения задачи синтеза системы автоматического управления температурой нагрева определенных зон измерительного блока классическими способами.

Ключевые слова: математическая модель, тепловой поток, измерительный блок, пространственно-временное распределение, структурная модель.

Nechaev A. S., Moshchensky Yu. V., Khusnutdinova R. R., Dmitrieva E. A.

MODEL DSC MEASURING UNIT FOR SYNTHESIZING CONTROLS HEAT FLOW … 38

Abstract: The model of temperature field in the measuring block DSC apparatus as a control object with distributed parameters, which enables to estimate the temperature at various points of the unit areas and, depending on their distance from the heater. Defined thermal diffusivity surface measuring unit DSC-500 device in the form of a power polynomial, which allows to take into account changes in the thermal conductivity of the air layer and the effect of thermal radiation heat transfer therein. We obtain a structural model of the propagation of heat in the oven DSC necessary for solving the problem of the synthesis of the automatic temperature heating of certain areas of the measuring unit management standard processes.

Keywords: mathematical model, heat flow, the measuring unit, the spatial and temporal distribution, structural model.

Поздравляем юбиляра!

Congratulation on anniversary!

СТАНИСЛАВ НИКОЛАЕВИЧ ВАСИЛЬЕВ … 44

STANISLAV NIKOLAYEVICH VASSILYEV … 44

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., Карпунин А. А.

МЕТОДИКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ КОММУТАЦИОННЫХ СТРУКТУР В СРЕДЕ ALTIUM DESIGNER: УПРАВЛЕНИЕ ПРОЕКТОМ … 46

Аннотация: Вторая статья цикла посвящена решению вопросов теории и практики управления проектами при проектировании и создании датчиков на новых физических и технологических принципах. Современные синхронные технологии в условиях сквозного сопровождения жизненного цикла изделий электронной техники требуют применения эффективных проектных методологий и их автоматизированного сопровождения. Основное внимание в данной статье уделено принципам управления проектом при создании электронных коммутационных структур. На этом этапе рассматриваются аспекты, касающиеся настройки среды окружения Altium Designer, а именно глобальных настроек, необходимых для конкретной работы с проектом. Подробно проанализированы методики настройки, которые понадобятся при работе с встроенными редакторами создания принципиальной схемы устройства и печатной платы (топологического рисунка). Даны рекомендации по эффективным подходам к управлению проектами с использованием инструментов среды Altium Designer.

Ключевые слова: коммутационные структуры, пакет Altium Designer, системный анализ, компоновка, трассировка, управление проектами, нормы проектирования.

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

TECHNIQUE OF THE AUTOMATED DESIGN OF ELECTRONIC SWITCHING STRUCTURES IN THE ENVIRONMENT OF ALTIUM DESIGNER: STAGE – MANAGEMENT OF THE PROJECT … 46

Abstract: It is the second article from a cycle of the works devoted to discussion of questions of automation of design of switching structures of modern electronic systems in the environment of Altium Designer. The solution of questions of the theory and practice of management of projects at design and creation of sensors on the new physical and technological principles is an actual task. Modern synchronous technologies in the conditions of through maintenance of life cycle of products of electronic equipment demand application of effective design methodologies and their automated maintenance. The main attention in this article of a cycle is paid to the principles of management of the project during creation of electronic switching structures. At this stage the aspects concerning control of the environment of an environment Altium Designer, namely the global settings necessary for concrete work with the project are considered. Control techniques which will be necessary during the work with the built-in editors of creation of the schematic diagram of the device and the printed circuit board (topological drawing) are in detail analysed. At the end of article recommendations about effective approaches to management of projects with use of tools of the Altium Designer environment are made.

Keywords: printed circuit board (PCB), Altium Designer, topological figure, environment, project.

***

Потапов Т. В., Демин А. Н., Жамалетдинов Н. М.

ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИМ ДАТЧИКОМ НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА ФАРАДЕЯ В Bi₁₂GeO₂₀ … 53

Аннотация: Рассмотрены погрешности измерения электрического тока волоконно-оптическим датчиком на основе эффекта Фарадея в Bi₁₂GeO₂₀ по данным, полученным на разработанной установке для экспериментальных исследований. Предложенные методика измерений и установка позволяют осуществлять калибровку датчиков в пределах значений тока до 2 А с основной относительной погрешностью до 1 %.

Ключевые слова: электрический ток, магнитное поле, волоконно-оптический датчик, погрешность измерения.

Potapov T. V., Diomin A. N., Zhamaletdinov N. M.

MEASUREMENT ERRORS IN FIBER-OPTIC ELECTRIC CURRENT SENSOR BASED ON THE FARADAY EFFECT IN Bi₁₂GeO₂₀ CRYSTAL … 53

Abstract: The measurement errors in fiber-optic electric current sensor based on the Faraday effect in Bi₁₂GeO₂₀ cristal are discussed using data obtained on the developed installation for experimental investigations. The measurements method and installation proposed allow sensors calibrating within the values of current up to 2 A with the main relative error to 1%.

Keywords: magnetic field, electric current, fiber optic sensor, measurement error.

Берикашвили В. Ш., Коровкин А. В.

ДАТЧИК МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ОСНОВЕ ДИФРАКЦИИ СВЕТА В ФЕРРОМАГНИТНЫХ ПЛЕНКАХ … 56

Аннотация: Приведены экспериментальные исследования физических явлений в области магнитооптики, в результате которых было установлено влияние магнитного поля на дифракцию света в лабиринтных доменных структурах ферромагнитных пленок железоиттриевого граната толщиной 6¼8 мкм. Взаимодействие доменных структур с лазерным излучением на разных длинах волн и разном состоянии поляризации исследовано под действием магнитного поля 0¼12 Э. Дано физическое объяснение обнаруженного эффекта и варианты прикладного применения данных физических явлений в датчиках напряженности магнитного поля и силы тока в сетевых проводниках.

Ключевые слова: датчик тока, датчик напряженности магнитного поля, ферромагнитные пленки, доменная структура, железоиттриевый гранат, магнитооптический эффект.

Berikashvili V. Sh., Korovkin A. V.

MAGNETIC FIELD CENSOR ON THE BASE DIFFRACTION OF LIGHT IN FERROMAGNETIC FILMS … 56

Abstract: The article describes experiments on the study of magneto-optics phenomena. As a result, we discovered influence magnetic field on the diffraction laser light in domain structure of ferromagnetic films of yttrium iron garnet 6-8 mkm thin. A series experiments in different light wavelength and polarization conditions was done under magnetic fields 0-12 Oe. We proposed of these physical phenomena for applications in magnetic fields and electric current sensors.

Keywords: current and magnetic sensors, ferromagnetic films, domain structure, yttrium iron garnet, magneto-optical effect.

Патрикеев Л. Н.

ЧТО ДОЛЖЕН ЗНАТЬ БАКАЛАВР, МАГИСТР И СПЕЦИАЛИСТ ПО НАНОТЕХНОЛОГИЯМ … 63

Аннотация: Целью настоящей статьи является попытка поиска согласованного с членами Нанотехнологического Общества России (НОР) перечня важнейших проблем современной нанотехнологии, которые выпускники вузов должны осознавать и в дальнейшем, основываясь на этом осознании, самостоятельно специализироваться, активно включаясь в исследования и производство.

Ключевые слова: нанотехнологии, проблемы жизнедеятельности, размерные эффекты, технологии наноэлектроники, нанотовары.

Patrikeev L. N.

WHAT BACHELOR- OR MASTER-GRADUATED AS WELL AS ANY SPECIALIST WITHIN NANOTECHNOLOGY SHOULD KNOW … 63

Abstract: The overall purpose of this article is an attempt to find an agreed with the members of the Nanotechnology Society of Russia (NSR) list of important problems of modern nanotechnology that our students should clearly realize in the future. Based on this awareness they should self-specialize as well as be actively involved in the research and manufacturing processes.

Keywords: nanothechnology, ecology, dimensional effects, nanoeletronics technologies, nano-products.