Датчики и системы, № 6, 2017

Sensors and Systems, N 6, 2017

 

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

 

 

 

Афонин С. М.

СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ФУНКЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТОУПРУГИХ АКТЮАТОРОВ НАНО- И МИКРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ ДЛЯ МЕХАТРОННЫХ СИСТЕМ … 3

Аннотация: Рассмотрены структурно-параметрические модели и передаточные функции электромагнитоупругих актюаторов нано- и микроперемещений. На основе решения волнового уравнения определены обобщенная структурно-параметрическая модель электромагнитоупругого актюатора и обобщенная параметрическая структурная схема.

Ключевые слова: электромагнитоупругий актюатор, пьезоактюатор, деформация, нано- и микроперемещения, структурно-параметрическая модель, передаточная функция, параметрическая структурная схема.

 

Afonin S. M.

STRUCTURAL-PARAMETRIC MODELS AND TRANSFER FUNCTIONS OF ELECTROMAGNETOELASTIC ACTUATORS NANO- AND MICRODISPLACEMENT FOR MECHATRONIC SYSTEMS … 3

Abstract: Structural-parametric models, parametric structural schematic diagrams, transfer functions of electromagnetoelastic actuators nano- and microdisplacement are obtained. For decision wave equation the general structural-parametric model and the general parametric structural schematic diagram of electromagnetoelastic actuators are determined.

Keywords: electromagnetoelastic actuator, piezoactuator, deformation, nano- and microdisplacement, structural-parametric model, parametric structural schematic diagram, transfer function.

 

 

Бобылев Д. А., Боровских Л. П.

ОЦЕНКА ПЕРСПЕКТИВНЫХ ТЕНДЕНЦИЙ В ПОСТРОЕНИИ ПОМЕХОЗАЩИЩЕННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПАРАМЕТРОВ ОБЪЕКТОВ С МНОГОЭЛЕМЕНТНОЙ СХЕМОЙ ЗАМЕЩЕНИЯ … 10

Аннотация: Предложен подход к построению помехозащищенных преобразователей (измерителей) характеристик исследуемых объектов, представляемых схемами замещения в виде многоэлементных двухполюсников. На его основе рассмотрены перспективные принципы измерения параметров многоэлементных двухполюсников. Предложена оптимальная структура измерения, предусматривающая минимум преобразований в аналоговой форме и позволяющая обеспечить высокую помехоустойчивость.

Ключевые слова: преобразователь, структурная схема, параметр, многоэлементный двухполюсник, частотные и импульсные методы.

 

Bobylev D. A., Borovskikh L. P.

EVALUATION OF PROMISING TRENDS IN THE CONSTRUCTION OF THE NOISE-FREE CONVERTERS OF PARAMETERS OF PLANTS PRESENTED BY A MULTIELEMENT EQUIVALENT CIRCUIT … 10

Abstract: The proposed approach to the construction of the noise-free converters (measuring instruments) of studied plants’ parameters presented by a multielement equivalent circuits in the form of multicomponent one-ports. The promising principles on the measurement of multicomponent one-ports parameters are considered. The optimal measurement structure with low analog conversions and high noise immunity are suggested.

Keywords: converter, structural circuit, parameter, multicomponent one-port, frequency and impulse methods.

 

 

Басов М. В., Пригодский Д. М., Холодков Д. А.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ БИПОЛЯРНОГО ТЕНЗОТРАНЗИСТОРА … 17

Аннотация: Проведено моделирование высокочувствительной микроэлектромеханической системы (МЭМС) преобразователя давления, основанной на функционировании электрической схемы дифференциального каскада с тензочувствительными активными (биполярные n-p-n транзисторы) и пассивными (резисторы p-типа) элементами. Анализ тензочувствительности проводился на основе разработанной математической модели для кристалла датчика давления с электрической схемой тензорезистивного моста и теоретических выводов относительно изменения электрических параметров биполярного транзистора при воздействии деформации.

Ключевые слова: чувствительный элемент, давление, пьезорезистивный эффект, анизотропия подвижности, дифференциальный каскад, тензотранзистор, тензорезистор, метод конечных элементов.

 

Basov M. V., Prigodskiy D. M., Holodkov D. A.

MODELING OF SENSITIVE ELEMENT FOR PRESSURE SENSOR BASED ON BIPOLAR PIEZOTRANSISTOR … 17

Abstract: The paper describes modeling of high-sensitivity MEMS pressure sensor based on a circuit containing both active and passive stress-sensitive elements: a differential amplifier utilizing two n-p-n transistors and four p-type piezoresistors. The analysis on the basis of the developed mathematical model for a pressure sensor with traditional piezoresistive Wheatstone bridge and theoretical conclusions regarding the change in the electrical parameters of a bipolar transistor under the influence of deformation was carried out.

Keywords: sensitive element, pressure, piezoresistive effect, anisotropy of mobility, on-chip differential amplifier, piezotransistor, piezoresistor, finite element method.

 

 

 

 

 

КОНСТРУИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ

 

DESIGN AND PRODUCTION OF SENSORS, DEVICES AND SYSTEMS

 

 

 

Петрухин Б. П.

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ОТКАЗОВ КМДП СБИС ПО РЕЗУЛЬТАТАМ КОНТРОЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ … 25

Аннотация: Приведен анализ данных результатов испытаний на безотказность КМДП СБИС, проведенных фирмами ALTERA и XILINX. Получены верхние оценки интенсивностей отказов с доверительной вероятностью 0,9 для всех видов цифровых наносхем, производимых этими фирмами. Данные результаты можно использовать при расчетах надежности устройств и систем.

Ключевые слова: сверхбольшие интегральные наносхемы, программируемые логические массивы, элементы памяти, показатели безотказности.

 

Petrukhin B. P.

PREDICTION OF FAILURE RATE CMOS VLSI ON THE RESULTS OF CONTROL TESTS … 25

Abstract: Conducted data analysis of test results on dependability of VLSI CMDP held firms, ALTERA and XILINX. We obtain upper bounds of the failure rate with a confidence probability of 0. 9 for all kinds of digital nano circuits produced by these firms. These results can be used in the calculation of reliability of devices and systems.

Keywords: Super-large integral nanoschemas, programmable logical arrays, memory elements, reliability indicators

 

 

Морозов В. П., Осипов А. Б.

ПОДКЛЮЧЕНИЕ АНАЛОГОВЫХ ДАТЧИКОВ К ШИНЕ I2C … 35

Аннотация: Предложен способ совместного подключения датчиков с аналоговыми и цифровыми выходными сигналами к цифровой шине I2C c индивидуальной адресацией. Рассмотрен пример построения комбинированной системы сбора данных для измерения атмосферного давления.

Ключевые слова: цифровые и аналоговые датчики, шина I2C, системы сбора данных, датчики атмосферного давления.

 

Morozov V. P., Osipov A. B.

CONNECTION OF ANALOG SENSORS TO THE I2C BUS … 35

Abstract: One approach to the joint connection of sensors with analog and digital output signals to the I2C bus providing an individual addressing for analog and digital sensors is proposed. As an example the design of system for the measurement of barometric pressure is discussed.

Keywords: analog and digital sensors, I2C bus, data collection systems, barometric pressure sensors.

 

 

Жиров В. Г.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ С РЕГУЛИРУЕМОЙ ФУНКЦИЕЙ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ … 39

Аннотация: Описан функциональный преобразователь перемещений в электрический сигнал с регулируемой функцией преобразования, предназначенный для использования в испытательных стендах для измерения смещения, усилия и деформации. Предлагаемое решение обеспечивает повышение разрешения и возможность удаленного управления изменением и коррекцией функциональной характеристики.

Ключевые слова: функциональный преобразователь перемещений, управления сменой и коррекцией функциональной характеристики.

 

Zhirov V. G.

FUNCTIONAL TRANSDUCER OF DISPLACEMENTS WITH REGULATED CONVERSION FUNCTION … 39

Abstract: The paper describes a functional transducer of displacements into electric signal with regulated conversion function, intended for use in displacement, pressure and strain measurement test-benches. The proposed design supports the expansion of the resolution and offers the possibility of remote control of the change and correction of the functional characteristic.

Keywords: functional displacement transducer, remote control of the change and correction of the functional characteristic.

 

 

Савин И. С., Терехин И. В.

СНИЖЕНИЕ ПОГРЕШНОСТИ ОТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПЕРЕМЕШИВАТЕЛЯ СТАЛИ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ УРОВНЯ РАСПЛАВА ВИХРЕТОКОВЫМ ДАТЧИКОМ … 42

Аннотация: Определены две составляющие помехи от электромагнитного перемешивателя стали при измерении уровня расплава в кристаллизаторе вихретоковым методом. Впервые рассмотрена помеха от изменения магнитной проницаемости конструктивных элементов кристаллизатора. Приводятся результаты промышленных испытаний матричного вихретокового датчика встроенного типа на двух металлургических предприятиях с двумя различными перемешивателями. По результатам испытаний предложены методы снижения помех. Эффективность предложенных методов подтверждается промышленным экспериментом.

Ключевые слова: электромагнитный перемешиватель стали, вихретоковый датчик, измерение уровня, кристаллизатор.

 

Savin I. S., Terekhin I. V.

REDUCTION ERROR FROM ELECTROMAGNETIC STIRRER DURING THE MEASUREMENT MELT LEVEL IN THE MOULD WITH EDDY CURRENT SENSOR … 42

Abstract: The article describes the two components of the electromagnetic interference from electromagnetic stirrer in the measurement of the melt level in the mold by eddy current method. For the first time considered a hindrance by changes in the magnetic permeability of the mold elements. The results of industrial tests of the eddy current probe 2 metallurgical plants with electromagnetic stirrers. According to the test results suggested methods to reduce interference. The effectiveness of the proposed methods is confirmed by experiment.

Keywords: electromagnetic stirrer, eddy current sensor, level measurement, mould.

 

 

 

 

Новые приборы

 

New devices

 

 

ДИНАМИЧЕСКИЙ ТВЕРДОМЕР ТКМ-359 (МОДЕЛЬ ТКМ-359С) … 50

 

DYNAMIC HARDNESS TESTER TKM-359 (MODEL TKM-359C) … 50

 

 

 

ЭЛЕКТРОПОТЕНЦИАЛЬНЫЙ ТРЕЩИНОМЕР 281М … 52

 

ELECTROPOTENTIAL CRACKS TESTER 281M … 52

 

 

 

МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ВИХРЕТОКОВЫЙ ДЕФЕКТОСКОП ВД-91НМ … 53

 

MULTICHANNEL EDDY CURRENT FLAW DETECTOR … 53

 

 

 

 

 

ИЗМЕРЕНИЯ, КОНТРОЛЬ, АВТОМАТИЗАЦИЯ (журнал в журнале)

 

MEASUREMENT, CONTROL, AUTOMATION (Journal in journal)

 

 

 

Дозорцев В. М.

ИНТЕРФЕЙСЫ С ПОГРУЖЕНИЕМ В ОБУЧЕНИИ ОПЕРАТОРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ … 54

Аннотация: Формулируются требования к иммерсивным интерфейсам в компьютерных тренажерах для обучения операторов технологических процессов. Анализируются преимущества и уязвимости 3D-интерфейсов полевого оператора в тренажерах. Предлагается альтернативный подход к построению таких интерфейсов на основе технологии панорамных виртуальных туров. Описываются особенности разработки панорамных интерфейсов; формулируются задачи будущих исследований.

Ключевые слова: компьютерные тренажеры для обучения операторов, консольный и полевой операторы, операторский интерфейс, погружение, иммерсивные интерфейсы, виртуальная реальность, виртуальные туры, панорамный интерфейс.

 

Dozortsev V. M.

IMMERSIVE INTERFACES IN INDUSTRIAL OPERATORS’ TRAINING … 54

Abstract: Requirements for immersive interfaces in computer-based industrial operators training are defined. The advantages and vulnerabilities of the field operator 3D interfaces are analyzed. An alternative approach is proposed for designing such interfaces based on panoramic virtual tours technology. Specifics of the panoramic interfaces development are described; the future research tasks are formulated.

Keywords: computer-based simulators for operator training, console and field operators, operator interface, immersion, immersive interfaces, virtual reality, virtual tours, panoramic interface.

 

 

БИБЛИОГРАФИЯ+ … 65

 

BIBLIOGRAPHY+ … 65