Датчики и системы, № 6, 2018

Sensors and Systems, N 6, 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  AND  A B S T R A C T S

ОБЗОРЫ

REVIEWS

Сапельников В. М.

ЦИФРОУПРАВЛЯЕМЫЕ КАЛИБРАТОРЫ ФАЗЫ НА ОСНОВЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЦИФРОАНАЛОГОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ … 3

Аннотация: Представлены цифроуправляемые калибраторы фазы, показаны основные способы их построения, приведены метрологические характеристики. Для увеличения разрядности регулирования фазового сдвига используются цифроаналоговые преобразователи, реализующие нелинейные зависимости – функциональные цифроаналоговые преобразователи.

Ключевые слова: фазовый сдвиг, калибратор фазы, фазовращатель, цифроаналоговый преобразователь, функциональный цифроаналоговый преобразователь, метрологические характеристики.

Sapelnikov V. M.

DIGITALLY CONTROLLED PHASE CALIBRATOR BASED ON FUNCTIONAL DIGITAL-TO-ANALOG CONVERTERS

Abstract: The article deals with digitally controlled phase calibrators. The main methods for constructing digital controlled phase calibrators and their metrological characteristics are presented. To increase the digitization capacity of the phase shift digital-to-analog converters are implemented that realize non-linear dependencies – functional digital-to-analog converters.

Keywords: phase shift, phase calibrator, shifter, digital-to-analog converter, functional digital-to-analog converter, metrological characteristics.

ТЕОРИЯ И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ

THEORY AND CONSTRUCTION PRINCIPLES OF SENSORS, DEVICES AND SYSTEMS

Мясникова Н. В., Мясникова М. Г.

РАЗЛОЖЕНИЕ СИГНАЛОВ НА МОДЫ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ ИНТЕГРИРОВАНИЕМ И ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЕМ … 21

Аннотация: Предложен способ декомпозиции сигнала на моды на основе выделения самых высокочастотных компонент из последовательностей, образованных многократным интегрированием и дифференцированием сигнала. Приведен алгоритм декомпозиции, основанный на подавлении высокочастотных составляющих при интегрировании и на их подчеркивании при дифференцировании.

Ключевые слова: знакопеременные составляющие, разложение на эмпирические моды.

Myasnikova N. V., Myasnikova M. G.

METHOD OF EMPIRICAL MODE DECOMPOSITION WITH USING PRELIMINARY DIFFERENTIATION AND INTEGRATION

Abstract: The method of empirical mode decomposition, both in ascending and descending order of their frequencies, is substantiated. The method is based on suppression of high-frequency components at integration and on accentuation of high-frequency components at differentiation. Shortcomings and advantages of a method are analyzed.

Keywords: alternated components, empirical modes decomposition.

Якимов В. Н., Машков А. В.

ЦИФРОВОЙ АЛГОРИТМ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОЦЕНИВАНИЯ СПЕКТРАЛЬНОГО СОСТАВА НЕПРЕРЫВНЫХ СИГНАЛОВ ДЛЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ СТАТИСТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА … 25

Аннотация: Разработан цифровой алгоритм для вычисления оценки спектральной плотности мощности. Алгоритм создан на основе коррелограммного метода и бинарного знакового аналого-стохастического квантования непрерывного сигнала. Использование данного вида квантования обеспечило аналитическое вычисление операций непрерывного интегрирования в ходе представления коррелограммной спектральной оценки в цифровом виде. Вследствие этого основными операциями разработанного алгоритма являются алгебраические операции суммирования и вычитания, что повышает эффективность цифрового оценивания спектральной плотности мощности. Теоретические результаты проверены экспериментально на реальных вибрационных сигналах. Экспериментальные исследования показали, что разработанный алгоритм имеет устойчивые характеристики обнаружения пиков спектральной плотности мощности.

Ключевые слова: спектральная плотность мощности, стохастическое квантование, знаковый сигнал, цифровой алгоритм, вибрационный сигнал

Yakimov V. N., Mashkov A. V.

DIGITAL ALGORITHM FOR EXPERIMENTAL ESTIMATION OF THE SPECTRAL DISTRIBUTION OF CONTINUOUS SIGNALS FOR SPECIALIZED SYSTEMS OF STATISTICAL ANALYSIS

Abstract: The paper addresses the digital algorithm for experimental estimation of the power spectral density. This algorithm is developed based on correlogram spectrum estimation method. The peculiarity of the developed algorithm is using of a binary sign-function analog-stochastic quantization for the analog-to digital signal conversion. Using of this kind of quantization provided an analytical calculation of continuous integration operations when representing a correlogram spectral estimate in a digital form. As a result, the main operations of the developed algorithm are algebraic operations of summation and subtraction, which increases the efficiency of digital estimation of the power spectral density. All theoretical findings are experimentally validated on real-world vibration signals. Experimental studies have shown that the developed algorithm has stable characteristics for the detected peaks of power spectral density.

Keywords: power spectral density, stochastic quantization, sign-function signal, digital algorithm, vibration signal.

Липатов О. Ф.

РАСЧЕТ ГИБКИХ ВЫПУКЛЫХ ОБОЛОЧЕК ПРИ НАГРУЖЕНИИ СОСРЕДОТОЧЕННОЙ В ЦЕНТРЕ СИЛОЙ … 31

Аннотация: Для расчета гибких выпуклых оболочек при нагружении их сосредоточенной в центре силой получена аналитическая зависимость между величиной приложенной силы и перемещением центра оболочки. Также получены формулы для расчета изгибных напряжений и напряжений растяжения в срединной поверхности оболочки в зависимости от величины перемещения ее центра.

Ключевые слова: гибкая выпуклая оболочка, нагружение силой, перемещение центра оболочки, прогиб срединной поверхности оболочки, изгибные напряжения, напряжения растяжения.

Lipatov O. F.

CALCULATION OF FLEXIBLE CONVEX SHELLS AS LOADED WITH THE FORCE FOCUSED IN THEIR CENTERS

Abstract: In order to calculate flexible convex shells under the load focused in their centers the analytical dependence was identified between the magnitude of the applied force and the travel of the shell center. The formulations used to calculate bending stress and tensile stress in the middle surface of the shell, those stresses depending on the distance, the shell center travels to, were developed.

Keywords: flexible convex shell, loading with the force, travel of the shell center, sag of the middle shell surface, bending stress, tensile stress.

КОНСТРУИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ

DESIGN AND PRODUCTION OF SENSORS, DEVICES AND SYSTEMS

Горбань Н. Н., Камаева С. С., Еремин Н. А.

БЕСКОНТАКТНАЯ МАГНИТОМЕТРИЯ ЦЕЛОСТНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ: СОСТОЯНИЕ И ТРЕНДЫ РАЗВИТИЯ … 36

Аннотация: Кратко описаны состояние и тренды развития бесконтактных методов оценки целостности магистральных нефтепроводов на основе исследования существующих механических напряжений посредством трехмерных измерений постоянного магнитного поля, распределенного вдоль оси трубопровода. На базе метода магнитной томографии (MTM), технология была эффективно апробирована в ходе пилотных работ на трех участках Каспийского трубопроводного консорциума. Проанализирована достоверность данных, полученных методом магнитной томографии, путем их сравнений с результатами контрольных вскрытий подземных трубопроводов. Метод магнитной томографии (MTM) позволяет в режиме реального времени с достаточной точностью рассчитывать параметры прогнозирования работоспособности трубопровода по данным измерений механических напряжений, а также выявлять на ранней стадии потенциально критические участки нефтепроводов.

Ключевые слова: нефтепровод; диагностирование нефтепроводов, не оборудованных камерами пуска-приема; метод магнитной томографии; Виллари-эффект; коррозионное растрескивание под напряжением; биокоррозия, охрупчивание металла; внутритрубная инспекция; коррозионно-активные грунты; напряженно-деформированное состояние.

Gorban N. N., Kamaeva S. S., Eremin N. A.

THE NON-CONTACT MAGNETOMETRY OF PIPELINE INTEGRITY: STATE AND TRENDS

Abstract: The article briefly describes the state and trends of the non-contact magnetometry of oil pipeline integrity based on the study of actual mechanical stresses by means of three-dimensional measurements of a constant magnetic field distributed along the pipeline axis. Based on the method of magnetic tomography (MTM), this technology was effectively tested during the pilot work in three pipeline sections of the Caspian Pipeline Consortium. The reliability of the obtained data of the method of the magnetic tomography (MTM) is analyzed by the comparison with the results of control examinations of underground pipelines. The method of magnetic tomography (MTM) allows in real-time with the sufficient accuracy to calculate the parameters predict the performance of the pipeline according to the measurements of mechanical stresses; to identify the potential critical sections of the pipelines at an early stage.

Keywords: oil pipeline, diagnostics of non-piggable oil pipeline, magnetic tomography method, Villari-effect, corrosion, stress-corrosion, MIC, metal embrittlement, in-tube inspection (Pigging), corrosion-active soils, stress-deformed-state.

Котурбаш Т. Т., Брокарев И. А.

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВОЙСТВ И СОСТАВА ПРИРОДНОГО ГАЗА ПО ИЗМЕРЕНИЯМ ЕГО ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ … 43

Аннотация: Предложен метод определения свойств и состава природного газа на основе измерения ряда физических параметров и предсказания состава эквивалентного по своим свойствам псевдогаза. Для многопараметрической аппроксимации состава псевдогаза применялись искусственная нейронная сеть и контролируемое обучение на смоделированных данных. Приведены результаты математического моделирования и оценки точности работы предложенного метода на примере определения ряда физико-химических свойств и показателей качества природного газа.

Ключевые слова: анализ компонентного состава, природный газ, псевдогаз, нейросетевой анализ, теплотворная способность, число Воббе.

Koturbash T. T., Brokarev I. A.

THE METHOD OF DETERMINATION OF THE PROPERTIES AND THE COMPOSITION OF NATURAL GAS BY MEASURING OF ITS PHYSICAL PARAMETERS

Abstract: The proposed method allows determination of the target properties and composition of natural gas by the measurement of a number of physical parameters and predicting the composition of an equivalent pseudo-gas with the properties corresponding to the properties of natural gas. The method of artificial neural networks and supervised learning was used for solving the problem of multiparametric approximation of the pseudo-gas composition by measured properties. The proposed method was tested in the course of mathematical modeling and determination of several physicochemical and qualitative parameters of natural gas relevant for the gas industry.

Keywords: natural gas, analysis of the composition, pseudo-gas, artificial neural network analysis, calorific value, Wobbe index.

Полетаев А. С., Ченский А. Г., Токмачев Д. А.

ПРИЕМНЫЙ ТРАКТ СВЕРХДЛИННОВОЛНОВОГО ИНТЕРФЕРОМЕТРА … 51

Аннотация: Подробно рассмотрены структура и технические характеристики приемного тракта сверхдлинноволнового интерферометра наклонного зондирования ионосферы. Представлена методика расчета выбора параметров измерительной антенны. Чувствительность разработанной измерительной системы составляет B₀ = 0,628 фТл/ÖГц на частоте 28 кГц, что меньше уровня естественных атмосферных помех. Приведен расчет калибровочных кривых, показаны результаты измерений. Предельная погрешность измерения амплитуды равна DB = ±0,13 фТл на частоте 28 кГц.

Ключевые слова: ОНЧ, СДВ, ионосфера, наклонное зондирование, долговременный мониторинг, интерферометр, электромагнитное поле.

Poletaev A. S., Chensky A. G., Tokmachev D. A.

THE RECEIVE PATH OF VERY LOW-FREQUENCY INTERFEROMETERS

Abstract: The article describes in details the structure and technical characteristics of the receive path of very low-frequency interferometers which are used for oblique ionosphere sounding. Sensitivity of the measuring system is B₀ = 0.628 fT ÖHz at frequency 28 kHz which is less than the level of natural atmospheric noises. Calculation of the calibration functions and the results of VLF observations are shown. Limiting error of signal amplitude measurements is DB = ±0,13 fT at frequency 28 kHz.

Keywords: ULW, VLF, ionosphere, oblique sounding, long-term monitoring, interferometer, electromagnetic field.

Дзюба А. С., Дасов С. В., Чумак С. В., Фурман А. В., Филонюк В. В., Кольман Е. М., Курулюк Д. В.

РАЗВИТИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО И УПРАВЛЯЮЩЕГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ САМОЛЕТОВ В ЛАБОРАТОРИИ СТАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ЦАГИ … 60

Аннотация: Представлены результаты модернизации измерительных систем и создания измерительно-вычислительного комплекса (ИВК) для проведения статических и ресурсных испытаний летательных аппаратов. Приведены структуры измерительного стенда и программного обеспечения ИВК, показан интерфейс программ для контроля и управления статическими и ресурсными испытаниями.

Ключевые слова: измерительная система, измерительно-вычислительный комплекс, испытания, самолет.

Dzyuba A. S., Dasov S. V., Chumak S. V., Furman A. V., Filonyuk V. V., Kolman E. M., Kurulyuk D. V.

DEVELOPMENT OF MEASURING, COMPUTING AND CONTROL COMPLEX FOR AIRCRAFT TESTING IN THE LABORATORY OF STATIC STRENGTH TESTS IN TSAGI

Abstract: Represented here are the results of modernization of measuring systems and establishment of measuring and computing complex (MCC) for static and fatigue strength tests of aircraft. The structure of measuring bench and MCC software is provided; appearance of software for management and control of static and fatigue strength tests is shown.

Keywords: measuring system, measuring and computing complex, testing, airplane.