Датчики и системы, № 12, 2018
Sensors and Systems, N 12, 2018
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 & A B S T R A C T S
Представляет Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения
Saint-Petersburg State University of Aerospace Instrumentation presents
ГУАП: УЧИСЬ. ИЗОБРЕТАЙ. ЖИВИ … 3
SUAI: LEARN. INVENT. LIVE
Бестугин А. Р., Большаков А. А., Сердюк И. В., Сердюк П. И., Хвеженко В. П.
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ГАЗОВЫЕ ДАТЧИКИ ОТЕЧЕСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА … 7
Аннотация: Приведены технические характеристики полупроводниковых газовых датчиков разработки АО “НИИ ТМ”. Показаны основные элементы конструкции и механизм работы датчиков. Сравнительный анализ с датчиками зарубежных и отечественных производителей показывает перспективность их применения на российском рынке.
Ключевые слова: газосигнализатор, полупроводниковый датчик, токсичные и горючие газы, газочувствительный элемент, подложки из кремния, мембрана, кремниевый кристалл, газочувствительный слой.
Bestugin A. R., Bolshakov A. A., Serdyuk I. V., Serdyuk P. I., Hvegenko V. P.
SEMICONDUCTOR GAS SENSORS OF DOMESTIC PRODUCTION
Abstract: The technical characteristics of semiconductor gas sensors are presented in this article, this technical characteristics have been developed at JSC “Research Institute Precision Mechanics”. There are basic elements of the construction and the sensor’s mechanism. Comparative analysis between sensors of foreign and domestic manufacturers shows the prospects of their application at Russian market.
Keywords: gas alarm, semiconductor sensor, toxic and combustible gases, gas-sensitive element, silicon substrates, membrane, silicon crystal, gas-sensitive layer.
Филонов О. М., Овчинникова Н. А., Окин П. А., Михайлов Н. А.
ВЛИЯНИЕ ДИССИПАЦИИ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ КОЛЕБАНИЙ НА НАДЕЖНОСТЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ БАЛОЧНЫХ МИКРОРЕЗОНАТОРОВ … 12
Аннотация: Приводятся результаты исследования физических процессов, приводящих к нарушению адгезии пленочных проводников, нанесенных на балки микрорезонаторов, в режиме высокочастотных колебаниях. Определена величина критической силы при которой происходит отслаивание пленки и соответствующее ей значение критической температуры.
Ключевые слова: МЭМС, микрорезонатор, адгезия, пленочные проводники, отслаивание, устойчивость стержневой конструкции, силы Ван дер Ваальса, надежность МЭМС.
Filonov O. M., Ovchinnikova N. A., Okin P. A., Mikhaylov A. N.
RESEARCH OF THE EFFECT OF DISSIPATION OF KINETIC ENERGY OF VIBRATIONS ON THE RELIABILITY OF THE BEAM MICRORESONATORS
Abstract: Results of researches of the physical processes leading to violation of adhesion of the film conductors applied on beams of microresonators in the mode high-frequency fluctuations are given. The size of critical force at which a flaking of a film arises and the value of corresponding critical temperature are determined.
Keywords: MEMS, microresonator, adhesion, film conductors, peeling, stability of rod structure, Van der Waals forces, reliability of MEMS.
Бестугин А. Р., Белова Л. В., Киршина И. А.
МЕТОДЫ ТЕМПЕРАТУРНОЙ КОМПЕНСАЦИИ МЕМС-РЕЗОНАТОРОВ … 17
Аннотация: Рассмотрены пассивные методы регулирования температурного коэффициента частоты (TCF), такие как разработка геометрии резонатора, работающего в резонансных режимах, определяемых коэффициентами упругости при более низкой температурной чувствительности; компенсация за счет введения легированного профиля в тело резонатора; добавление компенсирующего материала с TCF противоположного знака для формирования составной структуры с уменьшенным TCF. Проведенный анализ показал эффективность и перспективность этих методов для проектирования высокоточных резонаторов.
Ключевые слова: микроэлектроника, микромеханический резонатор, резонансная частота, температурный коэффициент частоты, коэффициент качества, активные и пассивные методы компенсации частоты.
Bestugin A. R., Belova L. V., Kirshina I. A.
METHODS OF TEMPERATURE COMPENSATION OF MEMC OF RESONATORS
Abstract: In article are considered, being of the greatest interest to a study, passive methods of regulation of a temperature coefficient of the frequency (TCF), such as development of geometry of the resonator working in the resonant modes determined by elastic coefficients in case of lower temperature sensitivity; compensating due to introduction of an alloyed profile to a resonator body; adding of the compensating material with TCF of the opposite sign for formation of composite structure with the reduced TCF. The analysis carried-out showed efficiency and prospects of these methods for design of high-precision resonators.
Keywords: microelectronics, micromechanical resonator, resonance frequency, temperature coefficient of frequency, quality coefficient, the active and passive methods of compensating of frequency.
Казаков В. И., Москалец О. Д.
ИЗМЕРЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СПЕКТРОВ РЕШЕТОЧНЫМ СПЕКТРАЛЬНЫМ ПРИБОРОМ В ВЫСШИХ ДИФРАКЦИОННЫХ ПОРЯДКАХ … 22
Аннотация: Показаны несовершенства теории решеточного спектрального прибора, базирующейся на принципах геометрической оптики. Обоснована необходимость разработки новой теории решеточного спектрального прибора и предложен альтернативный анализ работы прибора, опирающийся на принципы радиооптики, теории линейных систем и системного подхода. На основе выполненных ранее исследований получены свойства спектров в различных дифракционных порядках в решеточном спектральном приборе. Предложена топология дифракционной решетки, позволяющей перераспределить энергию в высшие дифракционные порядки и тем самым улучшить разрешающую способность прибора. Представлены теоретические и экспериментальные исследования прибора с возможностью работы в третьем дифракционном порядке.
Ключевые слова: системный подход, теория линейных систем, радиооптика, дифракционный решеточный спектральный прибор, высшие дифракционные порядки, разрешающая способность, дифракционная решетка, топология, спектр.
Kazakov V. I., Moskaletz O. D.
MEASUREMENT OF OPTICAL SPECTRA BY GRATING SPECTRAL DEVICE IN HIGHER DIFFRACTION ORDERS
Abstract: The imperfection of the theory of a grating spectral device based on the principles of geometric optics is discussed. The necessity of processes in developing a new theory of a grating spectral device has been substantiated, and elements of an alternative analysis of instrument operation, based on the principles of radio-optics, the theory of linear systems and a systems approach, have been proposed. Based on previous studies, the properties of spectra in various diffraction orders in a grating spectral device are investigated. The topology of the diffraction grating is proposed, allowing the energy to be redistributed to higher diffraction orders and thereby improve the resolution of the device. Theoretical and experimental studies of the device feasible to work in the third diffraction order are presented.
Keywords: system approach, theory of linear systems, radio optics, diffraction grating spectral device, higher diffraction orders, resolution, diffraction grating, topology, spectrum.
Якимов А. Н., Бестугин А. Р., Киршина И. А.
ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТРАЖАЮЩИХ ЗЕРКАЛ ПО ДИАГРАММЕ НАПРАВЛЕННОСТИ МИКРОВОЛНОВОЙ АНТЕННЫ … 28
Аннотация: Предложено оценивать погрешность изготовления отражающих зеркал для микроволновых параболических антенн по их диаграммам направленности (ДН). Приведены результаты исследования влияния производственных погрешностей на уровень боковых лепестков ДН антенны с использованием построенной конечно-элементной математической модели отражающего зеркала в виде многогранника. Показана возможность производственного контроля погрешности изготовления отражающих зеркал по отклонению уровня электромагнитного поля, измеренного в заданном месте дальней зоны излучения антенны в области боковых лепестков ДН.
Ключевые слова: микроволновая антенна, отражающее зеркало, погрешность изготовления, оценка погрешности, диаграмма направленности.
Yakimov A. N., Bestugin A. R., Kirshina I. A.
ESTIMATION OF MANUFACTURING ERROR OF THE REFLECTING MIRRORS BY THE RADIATION PATTERN OF THE MICROWAVE ANTENNA
Abstract: We propose to estimate the manufacturing error of reflecting mirrors for microwave parabolic antennas by their radiation patterns (RP). The results of the study of the influence of production errors on the level of the side lobes of the antenna RP using the constructed finite element mathematical model representing the reflecting mirror in the form of a polyhedron are presented. The possibility of production control of the error of manufacturing of reflecting mirrors by the deviation of the level of the electromagnetic field measured in a given place of the far radiation zone of the antenna in the region of the side lobes of the RP is shown.
Keywords: microwave antenna, reflecting mirror, manufacturing error, error estimation, radiation pattern.
Ваганов М. А., Москалец О. Д.
МЕТОДЫ ОПТИЧЕСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ В СИСТЕМАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ ГОРЕНИЯ … 32
Аннотация: Рассмотрено применение методов оптической спектроскопии в системах автоматического управления процессом горения, происходящим в различных теплоэнергетических установках и двигателях транспортных систем. Формирование управляемых состояний и сигнала ошибки осуществляется по данным измерения спектра электромагнитного излучения как одного из результатов процесса горения с помощью многоканального оптического спектрометра, в котором спектральное разложение основано на явлении резонанса в узкополосных оптических интерференционных фильтрах. Построение системы автоматического управления на базе многоканального оптического спектрометра предполагает передачу анализируемых оптических сигналов по волоконно-оптическому жгуту, что исключает негативное влияние различных экстремальных факторов на работу спектрометра как составной части системы формирования сигнала ошибки.
Ключевые слова: оптическая спектроскопия, системы автоматического управления, многоканальный оптический спектрометр, процессы горения, волоконная оптика, бесконтактный метод анализа спектра, управляемые состояния, сигнал ошибки.
Vaganov M. A., Moskaletz O. D.
METHODS OF OPTICAL SPECTROSCOPY IN AUTOMATIC CONTROL SYSTEMS OF COMBUSTION PROCESSES
Abstract: The application of optical spectroscopy methods for the forming of error signals in the automatic control system of the combustion process in thermal power plants and transport systems engines is considered. The controlled states and the error signal forming is carried out according to the electromagnetic radiation spectrum measurement, as one of the results of the combustion process by a multichannel optical spectrometer, where the spectral decomposition is based on the resonance phenomenon in narrow-band optical interference filters. The construction of the automatic control system is proposed on the basis of a multichannel optical spectrometer with the transmitting of analyzed signals on a fiber-optic bundle. This excludes the negative impact of various extreme factors on the operation of the spectrometer as part of the error signal forming system.
Keywords: optical spectroscopy, automatic control systems, multichannel optical spectrometer, combustion processes, fiber optics, non-contact analysis method, controlled states, error signal.
Рабин А. В.
СОГЛАСОВАНИЕ СИМВОЛОВ ОРТОГОНАЛЬНЫХ КОДОВ С ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ФАЗОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ … 37
Аннотация: Показано, что предлагаемый способ ортогонального кодирования для повышения помехоустойчивости в системах передачи информации с относительной фазовой модуляцией позволяет обеспечить требуемое качество передачи при снижении энергетических затрат. Энергетический выигрыш в отношении сигнал/шум (до 6,4 дБ для каналов с аддитивным белым гауссовским шумом, до 22,74 дБ для многолучевых каналов с замираниями), получаемый за счет более эффективного использования энергии передаваемых сигналов, достигается без увеличения сложности и стоимости устройств приема и передачи. Разработана процедура согласования символов ортогонального кода с относительной фазовой модуляцией.
Ключевые слова: помехоустойчивое кодирование, ортогональное кодирование, относительная фазовая модуляция, спектральная эффективность.
Rabin A. V.
HARMONIZATION OF SYMBOLS OF ORTHOGONAL CODES WITH PHASE-SHIFT KEYING
Abstract: It is shown, that offered method of orthogonal coding for a noise immunity’s increase in the information communication systems with phase-shift keying allows providing the required quality of communication with a smaller energy cost. The energy gain in signal-to-noise ratio (up to 6.4 dB in the channels with the AWGN, up to 22.74 dB in the fading channels) is provided by more effective use of energy of transmitted signals without increase in complexity and cost of transmitting/receiving devices. The procedure of harmonization of symbols of an orthogonal code with phase-shift keying is developed.
Keywords: noiseless coding, orthogonal coding, phase-shift keying, spectral efficiency.
Ларин В. П., Шелест Д. К.
СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ … 43
Аннотация: Изложены методики проектирования технологических систем контроля в производственной системе сборки и монтажа электронных средств. Рассмотрена последовательность этапов проектирования: выбор места операций контроля в структуре многооперационного сборочно-монтажного процесса изготовления электронной аппаратуры; разработка функционально-структурной модели; структурный синтез; параметрическое проектирование.
Ключевые слова: системное технологическое проектирование, технологическая система контроля, структурно-параметрический синтез.
Larin V. P., Shelest D. K.
STRUCTURAL-PARAMETRIC SYNTHESIS OF TECHNOLOGICAL CONTROL SYSTEMS
Abstract: The article describes the theoretical basis of the design of technological systems of control based on modern principles and approaches to research and synthesis. Describes the sequence of the stages of design: seat selection control operations in the structure of technological system, development of functionally-structural models, structural synthesis, parametric design.
Keywords: system process design, process control, structural-parametric synthesis.
Поясов И. З., Евлахов В. И., Тихоненкова О. В.
АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ОРГАННОЙ И СИСТЕМНОЙ ГЕМОДИНАМИКИ … 49
Аннотация: Рассмотрена работа аппаратного комплекса, разработанного для проведения исследований по изучению механизмов регуляции органной и системной гемодинамики. Указаны методические особенности проводимых экспериментов. Дана точная оценка исследуемых параметров системы, особенно микроциркуляторного русла. Изложена разработанная методика определения параметров микроциркуляции – капиллярного гидростатического давления и коэффициента капиллярной фильтрации. Представлены полученные в эксперименте новые ранее неизвестные данные о роли пульсовых колебаний в системе кровообращения. Обозначена перспективность проводимых исследований, заключающаяся в возможности определения причин возникновения и развития патологических нарушений в работе системы кровообращения.
Ключевые слова: сердечнососудистая система, системная и органная гемодинамика, микроциркуляция, кровоток, давление крови, датчики давления и кровотока, перфузия, пульсации кровотока.
Poyassov I. Z., Evlakhov V. I., Tikhonenkova O. V.
HARDWARE COMPLEX FOR THE STUDY OF ORGAN AND SYSTEMIC HEMODYNAMICS
Abstract: The article deals with the work of the hardware complex developed for research on the mechanisms of regulation of organ and systemic hemodynamics. The methodical features of the experiments are shown. Accurate assessment of the studied parameters of the system, especially the microcirculatory bed, is a difficult task. The developed method for determining the parameters of microcirculation – capillary hydrostatic pressure and the coefficient of capillary filtration-is presented. New previously unknown data on the role of pulse oscillations in the circulatory system are presented in the experiment. The prospect of the research is not only to obtain new data on the mechanisms of regulation of vascular functions, but also to determine the causes and development of pathological disorders in the blood circulation system.
Keywords: cardiovascular system, systemic and organ hemodynamics, microcirculation, blood flow, blood pressure, pressure and blood flow sensors, perfusion, blood flow pulsations.
Крячко А. Ф., Шарафудинов Т. Т.
МЕТОД ВИБРОАКУСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ЭВОЛЬВЕНТНЫХ ПРИБОРНЫХ РЕДУКТОРОВ … 56
Аннотация: Проведена оценка надежности отдельных элементов редукторов машин одним из методов неразрушающего контроля. Разработана математическая модель расчета спектральных характеристик процессов вибрации зубчатых зацеплений с учетом проскальзывания и макрогеометрии зубчатых колес и на ее основе – методика виброакустического контроля и устройство, позволяющее реализовать данную методику.
Ключевые слова: неразрушающий контроль, виброактивность, зубчатое зацепление.
Kryachko A. F., Sharafudinov T. T.
METHOD OF VIBROACOUSTIC CONTROL OF EVOLVENT INSTRUMENT REDUCERS
Abstract: Assessment of the reliability of separate elements in redution years by one of the methods of nondestructive control is carried out. The mathematical model for calculation of spectral characteristics of vibration processes in gear engagements taking into account slipping and macrogeometry of cogwheels. On the basis of the model a technique of vibroacoustic control and the device allowing to realize it is developed.
Keywords: nondestructive control, vibroactivity, gear gearing.
***
УКАЗАТЕЛЬ СТАТЕЙ, ОПУБЛИКОВАННЫХ В ЖУРНАЛЕ “ДАТЧИКИ И СИСТЕМЫ” В 2018 г. … 63
INDEX OF ARTICLES PUBLISHED IN THE JOURNAL "SENSORS AND SYSTEMS" IN 2018