Датчики и системы, № 5, 2020
Sensors and Systems, N 5, 2020
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
МОДЕЛИРОВАНИЕ, КОНСТРУИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ
MODELING, DESIGN AND PRODUCTION OF SENSORS, INSTRUMENTS AND SYSTEMS
Серьезнов А. Н., Степанова Л. Н., Кабанов С. И., Чернова В. В.
ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОЙ СИСТЕМЫ С АВТОМАТИЧЕСКОЙ ФИЛЬТРАЦИЕЙ ПОМЕХ … 3
Аннотация: Рассмотрен принцип построения четырехканального диагностического модуля акустико-эмиссионной (АЭ) системы СЦАД-16.14. Одной из проблем современной аппаратуры, построенной на основе метода АЭ, является слабая помехозащищенность. В процессе прочностных испытаний полезные сигналы АЭ, соответствующие разрушению материала конструкции, сложно отделять от помех и шумов, так как их спектр, форма и основные информативные параметры оказываются подобными, в результате чего сложно определять координаты дефектов и обеспечивать надежность контроля. В разработанной системе приведена автоматическая настройка аппаратных фильтров нижних и верхних частот с программно управляемой полосой пропускания на 16 рабочих полос. Это позволило (в зависимости от помеховой ситуации на входах измерительных каналов) осуществлять подавление помех за полосой пропускания, составляющей 80 дБ на октаву. В диагностическом блоке имеется четыре набора частот среза для фильтров нижних (20; 100; 200; 400 кГц) и верхних (500; 750; 1000; 2500 кГц) частот. Реализована схема автоматически перестраиваемых четырех двухзвенных активных фильтров Баттерворта верхних и нижних частот четвертого порядка, включенных в каждый измерительный канал системы. Проведена экспериментальная проверка основных метрологических характеристик модуля.
Ключевые слова: диагностика, акустическая эмиссия, композиционный материал, дефект, фильтрация, помехи, модуль, микропроцессор.
Seryeznov A. N., Stepanova L. N., Kabanov S. I., Chernova V. V.
DIAGNOSTIC MODULE OF ACOUSTIC EMISSION SYSTEM WITH AUTOMATIC NOISE FILTERING
Abstract: The principle of constructing a four-channel diagnostic module for the acoustic emission (AE) system STSAD-16.14 is considered. One of the problems of modern equipment, which is built on the basis of the AE method, is weak noise immunity. During the strength testing, useful AE signals that correspond to the destruction of the structural material are difficult to separate from interference and noise, since their spectrum, shape, and main informative parameters are similar, which makes it difficult to determine the coordinates of defects and to ensure the reliability of AE control. The developed system provides automatic tuning of low-and high-pass filters with software-controlled bandwidth for 16 operating modes. This made it possible (depending on the interference situation at the inputs of the measuring channels) to suppress interference over a bandwidth of 80 dB per octave. The diagnostic unit has four sets of cutoff frequencies for filters of lower (20, 100, 200, 400) kHz and upper (500, 750, 1000, 2500) kHz. The scheme of automatically tunable four two-link active Butterworth filters of the upper and lower frequencies of the fourth order, included in each measuring channel of the system, is implemented. Experimental verification of the main metrological characteristics of the module was performed.
Keywords: diagnostics, acoustic emission, composite material, defect, filtration, interference, module, microprocessor.
Смирнов С. В., Сизова Л. Н.
ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА “ГРАФИКА-ТР” ДЛЯ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ МОНТАЖНЫХ ПЛАТ ПРИ ОБУЧЕНИИ СТУДЕНТОВ ВУЗА … 15
Аннотация: Описаны возможности программного комплекса “Графика-ТР” как инструментального средства для обучения студентов вузов общим принципам автоматизированного проектирования схемной документации при помощи программного комплекса “Графика-ТР”. Приведены примеры практического решения задач в области схемотехники разработки печатных плат.
Ключевые слова: системы автоматизированного проектирования, EDA-системы, программный комплекс “Графика-ТР”, принципиальная и монтажная схемы, печатные платы, графическое обозначение, трассировка соединений, размещение элементов.
Smirnov S. V., Sisova L. N.
APPLICATION OF SOFTWARE AND TECHNICAL COMPLEX “GRAPHICS-TR” FOR COMPUTER SIMULATION OF CIRCUIT BOARDS DURING STUDENTS 'EDUCATION IN HIGHER EDUCATION INSTITUTIONS
Abstract: This work describes the possibilities of the software complex “Graphics-TR” as a tool for teaching students of higher education institutions general principles of automated design of schematic documentation using the software complex “Graphics-TR”. Examples of practical solution of problems in the field of circuit engineering, development of printed circuit boards and cartography are given.
Keywords: automated design systems (CAD), EDA-systems, software complex “Graphics-TR,” schematic and installation diagrams, printed circuit boards, graphic designation, tracing of connections, placement of elements.
Самойлов Л. К., Денисенко Д. Ю., Прокопенко Н. Н.
ВВОД АНАЛОГОВОЙ ИНФОРМАЦИИ ДАТЧИКОВ В СИСТЕМАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ШИРОКОВЕЩАТЕЛЬНЫХ КОМАНД … 26
Аннотация: Широковещательные команды (ШК) используются в системах автоматического управления для уменьшения общего времени ввода сигналов от нескольких n датчиков за счет исключения передачи повторов управляющей информации в командах опроса. Ввод информации от датчиков в СУ производится с помощью модулей ввода-вывода Min/out Min/out. Один модуль Min/out имеет j входов. Показано, что режим ШК возможен только при циклическом опросе датчиков, который предполагает равенство граничных частот передаточных характеристик датчиков. Использование ШК требует одновременного запоминания в n аналоговых запоминающих устройствах (АЗУ) отсчетов сигналов от n датчиков. В работе делается вывод, что наибольшую погрешность будет иметь АЗУ, в котором запоминается сигнал j-го датчика. Показано, что эффективность использования ШК в системах управления зависит от типа используемого антиэйлайзингового фильтра (АЭФ). Наибольшая эффективность достигается при использовании аналоговых АЭФ. При использовании аналого-цифровых АЭФ время цифровой фильтрации входит во время выполнения ШК, что существенно снижает эффективность использования ШК. Наибольший коэффициент эффективности использования ШК SkF лежит в пределах 3…4 и слабо зависит от численных значений n и j.
Ключевые слова: датчик, система автоматического управления, широковещательная команда, фильтрация.
Samoilov L. K., Denisenko D. Y., Prokopenko N. N.
ENTERING ANALOGUE INFORMATION OF SENSORS IN AUTOMATIC CONTROL SYSTEMS USING BROADCASTING COMMANDS
Abstract: Broadcast commands (BC) are used in automatic control systems (SC) to reduce the total time for inputting signals from n sensors by eliminating the transmission of control information repeats in polling commands. The input of information from sensors to the control system is performed using the input-output modules Min/out. One Min/out has j inputs. It is shown in the paper that the BC mode is possible only with a cyclic interrogation of sensors. Cyclic interrogation assumes the equality of the boundary frequencies of the transfer characteristics of sensors. The use of an BC requires simultaneous storing in n analog memory devices (AMD) of signal samples from n sensors. The work concludes that the greatest error will have the AMD, in which the signal of the j-th sensors is stored. It is shown that the effectiveness of the use of BC in the control system depends on the type of anti-ejlasing filter (AEF) used. The greatest efficiency is achieved using analog AEF. When using analog-to-digital AEF, the time of digital filtering enters during the execution of a bar, which significantly reduces the efficiency of using a bar. The highest coefficient of efficiency for the use of BC SkF lies in the range 3…4 and weakly depends on the numerical values of n and j.
Keywords: sensor, control system, broadcast team, filtration.
Байбикова Т. Н., Доморацкий Е. П.
СИСТЕМА ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ОПЕРАЦИЙ, ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И МЕТОДОВ ИМПУЛЬСНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ ТОМОГРАФИИ МИКРООБЪЕКТОВ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА … 34
Аннотация: Система предназначена для создания новых методов динамической пространственной реконструкции размеров и формы микрообъектов по их импульсным дискретным проекционным изображениям. Они обеспечивают высокопроизводительный контроль и сортировку микрообъектов в режиме реального времени.
Ключевые слова: исследование операций, импульсная оптическая томография, микрообъект, геометрические свойства, характеристики изображения, компьютерное моделирование.
Baybikova T. N., Domoratskiy E. P.
SIMULATION SYSTEM OF OPERATIONS, GEOMETRIC PROPERTIES AND METHODS OF PULSED OPTICAL TOMOGRAPHY OF NUCLEAR FUEL MICROOBJECTS
Abstract: The system is designed to create new methods of dynamic spatial reconstruction of the size and shape of microobjects on the base of their pulsed discrete projection images. These methods provide high-performance monitoring and sorting of microobjects in real time.
Keywords: operations research, pulsed optical tomography, microobject, geometric properties, image characteristics, computer modelling.
***
Пневматические автоматизированные системы
Pneumatic Automated Systems
Безменов В. С.
МЕТОДИКА И АНАЛИТИЧЕСКИЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ ПРОЦЕДУРЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ ДОЗИРОВАНИЯ ЖИДКОСТЕЙ В ПЕРЕХОДНОЙ ОБЛАСТИ. ЧАСТЬ I. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНОЙ ОБЛАСТИ ТЕЧЕНИЯ. РАЗРАБОТКА ПРОЦЕДУР ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАСХОДНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ ДОЗИРОВАНИЯ … 41
Аннотация: Предложен новый метод и соответствующая экспериментально-аналитическая методика определения и прогнозирования расходной характеристики гидравлического тракта дозирующего устройства (ДУ) для переходной области истечения. Для реализации предложенного метода разработана измерительная установка для определения зависимости суммарного коэффициента потерь давления на местных сопротивлениях в тракте от числа Рейнольдса потока на выходе ДУ. Рассмотренные в статье аналитические компьютерные процедуры позволяют в лабораторных условиях оперативно и с высокой степенью достоверности получать точки расходной характеристики проектируемого тракта с варьируемыми заданными диапазонами дозирования, физическими параметрами жидкости и конструктивными параметрами ДУ.
Ключевые слова: расходные характеристики, дозирующее устройство, система автоматизированного дозирования натурной жидкости, измерительная установка, регулятор перепада давлений, гидравлический тракт, суммарный коэффициент потерь напора на местных сопротивлениях, прогнозирование расходной характеристики, область перехода от турбулентного к ламинарному режиму истечения, коэффициент Кориолиса.
Bezmenov V. S.
METHODOLOGY AND ANALYTICAL COMPUTER PROCEDURES FOR DETERMINING THE SYSTEM FLOW CHARACTERISTICS DOSING LIQUIDS IN THE TRANSITIONAL REGION. PART I. INVESTIGATION OF THE FLOW TRANSITION REGION. DEVELOPMENT OF PROCEDURES FOR PREDICTING THE FLOW CHARACTERISTICS OF THE DOSING SYSTEM
Abstract: We propose a new method and the corresponding experimental and analytical methods of determining and predicting flow characteristics of a hydraulic circuit of the dosing device (DD) for the transition region of the expiry; the implementation of the proposed method was developed measuring system for determining the dependence of the total pressure loss coefficient of local resistance in the path from the Reynolds number of the flow at the output of DD; described in the article analytical computer procedures allow in laboratory conditions, quickly and with a high degree of confidence, obtain points of flow characteristics of the projected path with variable set ranges of dosing, physical parameters of the liquid and the design parameters of the DD.
Keywords: flow characteristics, dosing device, automated dosing system of natural liquid, measuring unit, differential pressure regulator, hydraulic path, total head loss coefficient at local resistances, forecasting of flow characteristics, area of transition from turbulent to laminar flow mode, Coriolis coefficient.
***
Бочаров Ю. И., Водохлебов И. Н., Губский К. Л., Симаков А. Б., Симаков М. А.
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА “ГЕО-ДОЗА” ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ УСТРОЙСТВ СОТОВОЙ СВЯЗИ НА ЭКОЛОГИЧЕСКУЮ ОБСТАНОВКУ В МЕГАПОЛИСЕ … 51
Аннотация: Рассмотрены основные параметры, характеризующие воздействие электромагнитного сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения на биологические объекты, и базовые принципы микроволновой биодозиметрии. Предложен новый подход к экспериментальной оценке влияния СВЧ-излучения в диапазонах современной сотовой связи на экологическую обстановку в мегаполисе и ее связь с уровнем заболеваемости в районах города. Приведены технические характеристики прототипа исследовательской информационно-измерительной системы “ГЕО-ДОЗА”, позволяющей в режиме реального времени картографировать дозовую микроволновую нагрузку населения мегаполиса. Это распределенная недетерминированная система сбора данных. Карты дозовой СВЧ-нагрузки населения районов города транслируются в медицинские центры, обслуживающие эти районы, где предполагается проводить совмещенный анализ электромагнитной обстановки и накопленных статистических данных о заболеваемости на данной территории за заданный отрезок времени. Внедрение полномасштабной системы “ГЕО-ДОЗА” предполагается в Москве в рамках городских программ “Умный город” и “Экология города”.
Ключевые слова: электромагнитные поля, СВЧ-дозиметрия, индивидуальная чувствительность, стандарты электромагнитной безопасности, система географического позиционирования, экологический мониторинг, здоровье, эпидемиология.
Bocharov Iu. I., Vodokhlebov I. N., Gubskii K. L., Simakov A. B., Simakov M. A.
INFORMATION-MEASURING SYSTEM “GEO-DOSE” FOR RESEARCHING OF THE CELLULAR COMMUNICATION INFLUENCE ON THE ENVIRONMENTAL SITUATION IN THE MEGAPOLIS
Abstract: The main parameters characterizing the effect of electromagnetic microwave radiation on biological objects and the basic principles of microwave biodosimetry are considered. A new approach to the experimental assessment of the effect of microwave radiation in the ranges of modern cellular communications on the ecological situation in the megalopolis and its relationship with the sickness rate in the city districts is proposed. The technical characteristics of the prototype of the research information-measuring system “GEO-DOZA”, which allows real-time mapping of the microwave dose load of the population of the megalopolis, are presented. It is a distributed non-deterministic data collection system. The maps of the microwave dose load of the population of the city districts are transmitted to the medical centers serving these districts, where it is supposed to carry out a combined analysis of the electromagnetic situation and the accumulated statistical data on the morbidity in this territory for a given period of time. The introduction of the full-scale GEO-DOSE system is planned in Moscow within the framework of the city programs “Smart City” and “City Ecology”.
Keywords: electromagnetic fields, microwave dosimetry, individual sensitivity, electromagnetic safety standard, global position system, ecological monitoring, health, epidemiology.
Аристова Н. И.
САМОВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ В ТЕХНИКЕ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ … 60
Аннотация: Показано, что развитие науки и техники позволило создавать средства автоматизации, способные обеспечивать выполнение своих основных функций без участия или с минимальным участием человека. Однако до сих пор им не удавалось преодолеть ключевое ограничение, отличающее их от живой материи — способность к самовоспроизведению. Приведен обзор научных работ в области самовоспроизведения автоматов и эволюционной робототехники. Показана актуальность развития подхода к самовоспроизведению в промышленности, а именно, к самовоспроизведению роботов.
Ключевые слова: самовоспроизведение, самодиагностика, самокалибровка, робототехника, клеточный автомат, модульность.
Aristova N. I.
SELF-REPRODUCTION IN TECHNOLOGY AND INDUSTRY
Abstract: It is shown that the development of science and technology has made it possible to create automation tools capable of ensuring the performance of their main functions without or with minimal human participation. However, so far they have not been able to overcome the key limitation that distinguishes them from living matter - the ability to reproduce itself. An overview of scientific works in the field of self-reproduction of automata and evolutionary robotics is given. The relevance of the development of an approach to self-reproduction in industry, namely, to the self-reproduction of robots, is shown.
Keywords: lf-reproduction, self-diagnosis, self-calibration, robotics, cellular automaton, modularity.