Датчики и системы, № 8-9, 2018
Sensors and Systems, N 8-9, 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
ТЕОРИЯ И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ
THEORY AND CONSTRUCTION PRINCIPLES OF SENSORS, DEVICES AND SYSTEMS
Бобылев Д. А., Боровских Л. П.
БЫСТРОДЕЙСТВИЕ И ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ МНОГОЭЛЕМЕНТHЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ … 3
Аннотация: Рассмотрены особенности частотного и импульсного методов преобразования параметров объектов с схемой замещения в виде линейного многоэлементного двухполюсника. Показаны их достоинства и недостатки, дан сравнительный анализ быстродействия и помехоустойчивости.
Ключевые слова: частотный и импульсный методы, преобразование, параметр, многоэлементный двухполюсник, быстродействие, помехоустойчивость.
Bobylev D. A., Borovskikh L. P.
THE CONVERTING OF MULTICOMPONENT TWO-TERMINAL NETWORK PARAMETERS: THE SYSTEM PERFORMANCE AND THE NOISE IMMUNITY
Abstract: The characteristics of frequency and impulse methods for converting of multicomponent two-terminal networks parameters are considered. Their advantage and disadvantages are shown; the comparative analysis of the system performance and the noise immunity is given.
Keywords: frequency and impulse methods, converting, parameter, multicomponent two-terminal network, system performance and the noise immunity.
Чадаев А. И., Тропова Е. И.
ОПТИМИЗАЦИЯ СТРАТЕГИИ УПРАВЛЕНИЯ РАСХОДОВАНИЕМ ТОПЛИВА ЖИДКОСТНОЙ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ … 10
Аннотация: Рассмотрена одна из возможностей повышения грузоподъемности моноблочной жидкостной ракеты-носителя. Приведены результаты анализа оптимальной стратегии управления расходованием топлива.
Ключевые слова: ракета-носитель, жидкостный ракетный двигатель, система управления расходованием топлива, стратегия управления, удельный импульс тяги, коэффициент соотношения расходов компонентов топлива.
Chadaev A. I., Tropova E. I.
OPTIMIZATION STRATEGY CONTROL OF THE FUEL CONSUMPTION OF THE LIQUID LAUNCH VEHICLE
Abstract: One capability of increase in load-carrying capacity of the monoblock liquid launch vehicle is considered. Results the analysis of optimum strategy control of the fuel consumption are given.
Keywords: launch vehicle, liquid propellant rocket engine, propellant-consumption control system, strategy control, specific thrust impulse, fuel-oxidant ratio.
Поляков П. А., Поляков О. П., Касаткин С. И., Амеличев В. В. … 15
ИМПУЛЬСНОЕ ПЕРЕМАГНИЧИВАНИЕ ПОРОГОВЫХ СТМР-ПЕРЕХОДОВ
Аннотация: Рассмотрены результаты теоретического анализа перемагничивания порогового СТМР-перехода с полоской из FeNiCo-MgO-CoNi наноструктуры в однородном импульсном магнитном поле, направленном перпендикулярно оси легкого намагничивания FeNiCo пленки и параллельно направленном векторе намагниченности CoNi пленки на основе теории микромагнетизма и решения уравнения Ландау-Лившица-Гильберта. Переходы с подобным набором магнитных параметров при воздействии на них магнитного поля имеют одно устойчивое магнитное состояние. Определена минимальная длительность и амплитуда импульса поля для осуществления перемагничивания СТМР-полоски в магнитном поле, создаваемом импульсом тока в планарном проводнике, и параметры перехода.
Ключевые слова: спин-туннельный магниторезистивный эффект, переход и наноструктура, теория перемагничивания магниторезистивной полоски в импульсном магнитном поле.
Polyakov P. A., Polyakov O. P., Kasatkin S. I., Amelichev V. V.
PULSE MAGNETIC REVERSAL THRESHOLD STMR TRANSITIONS
Abstract: In article results of the theoretical analysis of magnetic reversal threshold STMR transition with a strip from FeNiCo-MgO-CoNi nanostructure in the homogeneous pulse magnetic field directed perpendicularly of an axis of easy magnetization FeNiCo of a film and in parallel directed vector of magnetization CoNi of a film on the basis of the theory of micromagnetism and the decision of equation Landau-Lifshitz-Gilbert are considered. Transitions with a similar set of magnetic parameters at influence on them of a magnetic field have one steady magnetic condition. The minimal duration and amplitude of an impulse of a field for realization of magnetic reversal STMR of a strip in a magnetic field created by an impulse of a current in a planar conductor and parameters of transition is certain.
Keywords: spin-tunneling magnetoresistive junction, ferromagnetic nanostructure, frequency properties, the theory of magnetic reversal magnetoresistive strips in a pulse magnetic field.
Лурье М. С., Лурье О. М., Фролов А. С.
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ В ТРУБОПРОВОДАХ С МЕСТНЫМИ СОПРОТИВЛЕНИЯМИ И СТРУЕВЫПРЯМИТЕЛЯМИ … 22
Аннотация: Приведены результаты исследования влияния местных сопротивлений в трубопроводе на гидродинамические характеристики потока. Анализ выполнен с применением численного моделирования для трубопроводов без местных сопротивлений, трубопроводов с коленом, а также со струевыпрямителем (СВ). По результатам исследования приведены эпюры скоростей, из анализа которых был выведен параметр коэффициента асимметрии (Кас), характеризующий степень выпрямления эпюры. Для получения экспериментально-статистических моделей изменения параметра Кас был проведен регрессионный анализ полученных результатов эксперимента, который выявил оптимальную скорость и относительную длину СВ для идеальной эпюры (Кас=1). Проведен ряд численных экспериментов с указанной скоростью и относительной длинной СВ для вихревых расходомеров. Оценка влияния СВ на погрешность измерения вихревого расходомера производилась по изменению числа Струхаля (Sh). Получены данные о влиянии местного сопротивления в виде колена на погрешность измерения вихревыми расходомерами.
Ключевые слова: эпюра скоростей, вихревой расходомер, струевыпрямитель, численное моделирование, погрешность.
Lurie M. S., Lurie O. M., Frolov A. S.
NUMERICAL SIMULATION OF HYDRODYNAMIC REGIMES IN PIPELINES WITH LOCAL RESISTANCES AND JET STRIPPERS
Abstract: The work is devoted to the investigation of the influence of local resistances in the pipeline on the hydrodynamic flow characteristics. The analysis was performed using numerical simulation for pipelines without local resistances, pipelines with a knee, and also with a jet heater . Based on the results of the study, the velocity diagrams from the analysis of which the parameter of the asymmetry coefficient (Kas), which characterizes the degree of rectification of the diagram, was derived.To obtain experimental statistical models of the Kas parameter variation, a regression analysis of the obtained experimental results was carried out, which revealed the optimal speed and relative length of jet heater for the ideal diagram (Kas = 1). A number of numerical experiments with the indicated speed and relative long jet heater for vortex flowmeters have been carried out. An estimate of the effect of jet heater on the error in the measurement of the vortex flowmeter was made by changing the Strouhal number (Sh). Data are obtained on the effect of local resistance in the form of a knee on the measurement error by vortex flowmeters.
Keywords: velocity diagram, vortex flowmeter, jet-rectifier, numerical simulation. error.
КОНСТРУИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ
DESIGN AND PRODUCTION OF SENSORS, DEVICES AND SYSTEMS
Волковицкий А. К., Гольдин Д. А., Каршаков Е. В., Павлов Б. В.
СТРУКТУРА МАГНИТОГРАДИЕНТНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ … 27
Аннотация: Рассмотрены основные принципы магнитоградиентных измерений и особенности их технической реализации. Представлены основные варианты структуры магнитоградиентных измерительных систем. Дан анализ технических характеристик и особенностей магниточувствительных датчиков и возможностей их использования в составе измерительных систем.
Ключевые слова: градиент магнитного поля, магнитоградиентные измерительные системы.
Volkovitsky A. K., Goldin D. A., Karshakov E. V., Pavlov B. V.
STRUCTURE OF MAGNETIC GRADIOMETRY SYSTEMS
Abstract: Basic principles of magnetic gradiometry and nuances of its technical implementation are considered. The main variants of the structure of magnetic gradiometry systems are presented. Technical parameters and different features of magnetic sensors, as well as their applicability to magnetic gradiometry are analyzed.
Keywords: magnetic field gradient, magnetic gradiometry systems.
Федулов Ф. А.
ПОРТАТИВНЫЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА ПЕРЕМЕННЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ И ВИБРАЦИЙ ДЛЯ ИНДУСТРИАЛЬНЫХ ПРИМЕНЕНИЙ … 33
Аннотация: Разработан портативный анализатор спектра переменных магнитных полей и вибраций, способный детектировать магнитные поля 1…1500 мкТл в диапазоне частот 1…5000 Гц, а также вибрации в диапазоне частот 1…1600 Гц с виброускорениями 0,05…36 м/с2. Обработка и визуализация данных производится на персональном компьютере при помощи программного обеспечения в среде LabVIEW.
Ключевые слова: анализатор спектра, магнитные поля, вибрации, датчик Холла.
Fedulov F. A.
A PORTABLE AC MAGNETIC FIELD AND VIBRATION SPECTRUM ANALYZER FOR INDUSTRIAL APPLICATIONS
Abstract: A portable ac magnetic field and vibration spectrum analyzer is developed. The device is capable of magnetic field detection in the frequency band of 1…5000 Hz with magnitude of 1…5000 μT and vibrations in the frequency band of 1…1600 Hz with acceleration of 0.05…36 m/s2. Data processing and visualization is implemented on personal computer using LabView designed software.
Keywords: spectrum analyzer, magnetic fields, vibrations, Hall sensor.
Верхогляд А. Г., Гибин И. С., Елесин А. Г., Макаров С. Н., Ступак М. Ф.
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОПЕРЕЧНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ В ПУЧКЕ ИК-ИЗЛУЧЕНИЯ … 37
Аннотация: Изложены результаты разработки и апробирования автоматизированного устройства для измерения ряда энергетических характеристик в плоскости ИК-изображений при тестировании элементов оптического тракта среднего ИК-диапазона с уровнями облученности 10-9…10-5 Вт/см2 и погрешностью измерения размеров объекта, формируемого в плоскости изображения, не выше единиц мкм.
Ключевые слова: коэффициент концентрации энергии, уровень облученности, измерение функции концентрации энергии в плоскости ИК-изображений, контроль пятна рассеяния, прецизионное позиционирование.
Verhoglyad A. G., Gibin I. S., Elesin A. G., Makarov S. N., Stupak M. F.
AUTOMATED DEVICE FOR MEASUREMENT TRANSVERSE ENERGY DISTRIBUTIONS IN A BEAM OF INFRARED RADIATION
Abstract: The results of developing and testing a sensitive automated device for measurement several power characteristics in plane of IR images by irradiance levels in a range 10-9…10-5 W/cm2 are described. Error of measurement of the dimensions of an object produced in the image plane is not more than micron units.
Keywords: energy concentration ratio, the level of irradiance, measurement of concentration of energy function in the plane of IR images, spot size control, precision positioning.
Кешаварздивколаи К., Лукичев В. Ф., Кальнов В. А., Певцов Е. Ф.
КОЛЬЦЕВЫЕ МЭМС-ГИРОСКОПЫ НА ОСНОВЕ НИТРИДА АЛЮМИНИЯ … 41
Аннотация: Рассмотрены конструкции и физические основы пьезоэлектрических микроэлектромеханических гироскопов (ПММГ). Приведены сравнительные характеристики различных резонаторов ПММГ и сообщаются результаты численного моделирования кольцевых резонаторов ПММГ на основе пьезоэлектрических пленок нитрида алюминия (AlN)
Ключевые слова: ПММГ, кольцевой резонатор, AlN.
Keshavarzdivkolaee K. N., Lukichev V. F., Kalnov V. A., Pevtsov E. Ph.
RING MEMS GYROSCOPES BASED ON ALUMINUM NITRIDE
Abstract: The design and physical fundamentals of the piezoelectric miсroelectromechanical gyroscope (PMMG) are considered. Comparative characteristic of different PMMG resonators are given. The results of numerical simulation of ring PMMG resonators based on piezoelectric aluminum nitride (AlN) film are reported.
Keywords: PMMG, ring resonator, AlN.
Качанов Б. О., Кулабухов В. С., Туктарев Н. А., Ахмедова С. К., Новиков В. А., Тимошенков А. С.
КАЛИБРОВКА ТРЕХОСНОГО МЭМС-ДАТЧИКА УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ С УЧЕТОМ НЕЛИНЕЙНОЙ МОДЕЛИ СМЕЩЕНИЙ НУЛЕЙ … 46
Аннотация: Представлены результаты калибровочных испытаний микроэлектромеханического трехосного датчика угловой скорости по данным шести вращений: раздельно по каждой из трех осей и совместно по сочетаниям двух осей, а также совместно по сочетаниям двух осей из трех на трехосном испытательном стенде. Дано сравнение трех математических моделей сигналов датчика, две из которых линейные и одна нелинейная. Проанализированы точность настройки моделей и разброс оценок калибровочных коэффициентов при изменении действующей угловой скорости.
Ключевые слова: микроэлектромеханический датчик угловой скорости, математическая модель, калибровка, испытательный стенд, смещения нулей, масштабные коэффициенты, углы неортогональности.
Kachanov B. O., Kulabukhov V. S., Tuktarev N. A., Akhmedova S. K., Novikov V. A., Timoshenkov A. S.
CALIBRATION OF THREE-AXIS MEMS ANGULAR RATE SENSOR BASED ON NON-LINEAR MODEL OF ZERO DRIFT
Abstract: The calibration of a micromechanical three-axis angular rate sensor is investigated based on the data of six rotations – separately for each of the three axes and together by combinations of two axes using a three-axis rate table. Three mathematical models of sensor output signals are compared, two of which are linear and one is nonlinear. The accuracy of the adjustment of the models and standard deviations of the calibration coefficients are analyzed for the changing measured angular velocity.
Keywords: micromechanical angular rate sensor, mathematical model, calibration, rate table, zero drift, calibration coefficients, misalignment angles.
Пауткин В. Е.
ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ МЭМС … 56
Аннотация: Рассмотрены технологии жидкостного травления кремния при формировании микромеханических датчиков, например акселерометров и датчиков угловой скорости, имеющих в своем составе упругие элементы сложной формы. К числу технологий жидкостного травления кремния относятся анизотропное и изотропное травление. Проанализированы механизмы растворения кремния при проведении процессов травления. Проанализированы факторы, позволяющие добиваться высокопроизводительных процессов травления. Показано, что комбинация жидкостного анизотропного и изотропного травления позволяет формировать кремниевые микроструктуры МЭМС-датчиков заранее заданной геометрии.
Ключевые слова: микромеханические датчики, МЭМС, анизотропное травление, изотропное травление, растворение кремния, кремниевые микроструктуры.
Pautkin V. E.
SHAPING OF MEMS ELEMENTS
Abstract: The technology of liquid etching of silicon is considered in the formation of micromechanical sensors, for example, accelerometers and angular velocity sensors, which include elastic elements of complex shape. Among the technologies of liquid etching of silicon are anisotropic and isotropic etching. The mechanisms of dissolution of silicon during the etching process are analyzed. The factors allowing to achieve high-efficiency etching processes are analyzed. It is shown that the combination of liquid anisotropic and isotropic etching makes it possible to form silicon microstructures of MEMS sensors of a predetermined geometry.
Keywords: micromechanical sensors, MEMS, anisotropic etching, isotropic etching, silicon dissolution, silicon microstructures.
Дмитриев О. А.
МОДУЛЬ ПРУВЕРА С ПОДДЕРЖКОЙ ЧЕТВЕРНОЙ ХРОНОМЕТРИИ ДЛЯ КОНТРОЛЛЕРА УЧЕТА НЕФТИ … 62
Аннотация: Описан модуль прувера с поддержкой четверной хронометрии, который может быть интегрирован в существующую систему обработки информации на основе вычислителя для проведения процедуры контроля метрологических характеристик расходомера с применением компакт-прувера.
Ключевые слова: компакт-прувер, четверная хронометрия.
Dmitriyev O. A.
THE DESIGN OF PROVER MODULE WITH QUADRUPLE CHRONOMETRY SUPPORT FOR FLOW COMPUTER
Abstract: The article gives a description of prover module implementation, which can be integrated into the existing data processing system based on flow computer to perform a flowmeter metrological characterictics check using a small volume prover.
Keywords: small volume prover, quadruple chronometry.
Ухов А. А., Герасимов В. А., Кострин Д. К., Селиванов Л. М., Симон В. А.
СПОСОБ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ВАЛА ШАГОВЫХ И КОЛЛЕКТОРНЫХ МИКРОЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ … 67
Аннотация: Рассмотрен способ относительного позиционирования выходного вала шаговых и коллекторных микроэлектродвигателей с редуктором на основе обработки сигнала с обмоток электродвигателей. Приведены принципиальные схемы и осциллограммы процессов формирования импульсов, содержащих информацию об угловом перемещении вала. Дан расчет разрешающей способности позиционирования вала.
Ключевые слова: шаговый двигатель, коллекторный двигатель, угловой энкодер, разрешение позиционирования.
Uhov A. A., Gerasimov V. A., Kostrin D. K., Selivanov L. M., Simon V. A.
METHOD OF RELATIVE POSITIONING OF THE SHAFT IN STEPPER AND BRUSHED MICROELECTROMOTORS
Abstract: The article describes the method of relative positioning of the output shaft of stepper and brushed microelectromotors with reduction gear on the base of signal processing from the windings of motors. The circuits and oscillograms illustrating the processes of generation of digital pulses containing information about the angular displacement of the shaft are presented. The calculation of the shaft positioning resolution.
Keywords: stepper motor, brushed motor, angle encoder, positioning resolution.