Датчики и системы, № 2, 2022

Sensors and Systems, N 2, 2022

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

Гуляев С. В., Пащенко Ф. Ф., Пащенко А. Ф., Хижинская Л. Д., Кудинов Ю. И.

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДОБЫЧЕЙ ГАЗА С АДАПТИВНЫМ ПИД-РЕГУЛЯТОРОМ С МАКСИМИЗАЦИЕЙ УРОВНЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА В КОЛЛЕКТОРЕ … 3

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2022.2.1

Аннотация: Предлагается энергоэффективная ресурсосберегающая интеллектуальная система управления процессами газодобычи. Система обеспечивает стабилизацию давления в общем коллекторе куста газовых скважин при изменении в широких пределах физико-технических параметров добычи газа. Адаптивный ПИД-регулятор с управляемой частотой управляющего сигнала значительно повышает ресурс технических средств управления. Система также решает задачу максимизации давления газа в коллекторе в случаях выхода на минимальные расходы скважин, допускаемые технологической картой.

Ключевые слова: куст газодобывающих скважин, оптимальное управление, ресурсосбережение, имитационная модель, адаптивный ПИД-регулятор.

Gulyaev S. V., Pashchenko F. F., Pashchenko A. F., Khizhinskaya L. D., Kudinov Yu. I.

RESOURCE-SAVING GAS RECOVERY CONTROL SYSTEM WITH ADAPTIVE PID CONTROLLER

Abstract: An energy-efficient resource-saving intelligent control system for gas recovery processes is proposed. The system provides stabilization of pressure in the general manifold of a cluster of gas wells while the physical and technical parameters of gas production change over a wide range. An adaptive PID controller with a controllable frequency of the control signal significantly increases the resource of technical controls. The system also solves the problem of maximizing the gas pressure in the reservoir in cases of reaching the minimum well flow rates admissible by the technological map.

Keywords: gas wells, optimal control, resource saving, simulation model, the adaptive PID controller.

Сахабетдинов И. У.

МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ И СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КОММУНИКАЦИОННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В УПРАВЛЯЕМЫХ МОБИЛЬНЫХ ПОДВОДНЫХ СЕТЯХ … 10

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2022.2.2

Аннотация: Рассмотрены методы повышения эффективности управляемых подводных сенсорных сетей. Определена концепция развертывания мобильных роботизированных комплексов на базе автономной платформы нового типа. Дана оценка перспективных способов коммуникационного взаимодействия с учетом современных тенденций в развитии систем подводной связи.

Ключевые слова: автономный подводный аппарат; мультимодальные сети; подводная связь; мультимодальная маршрутизация; гидроакустический модем; подводная сенсорная сеть; АНПА-амфибия.

Sakhabetdinov I. U.

EFFICIENCY IMPROVEMENT METHODS AND MODERN TECHNOLOGIES OF COMMUNICATION INTERACTION IN MANAGED MOBILE SUBMARINE NETWORKS

Abstract: Methods for increasing the efficiency of controlled underwater sensor networks are considered. The concept of deploying mobile robotic systems based on a new type of autonomous platform is defined. Perspective methods of communication interaction are evaluated taking into account modern trends in the development of underwater communication systems.

Keywords: autonomous underwater vehicle; multimodal networks; underwater communications; multimodal routing; hydroacoustic modem; underwater sensor network; AUV amphibious.

Крестовников К. Д., Ерашов А. А.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ БЕСПРОВОДНОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ В ВОДЕ И РАСТВОРАХ … 19

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2022.2.3

Аннотация: Рассмотрена беспроводная система передачи энергии (БСПЭ) средней мощности с возможностью эксплуатации в водной среде. Разработанная система может использоваться для питания или заряда аккумуляторных батарей беспилотных подводных аппаратов или иных робототехнических комплексов в пресной и соленой воде. Работа системы основана на принципе индуктивной передачи энергии. Особенностью системы является использование резонансного автогенератора, для которого передающий LC-контур системы является частотозадающим. Такое схемотехническое решение позволяет поддерживать работу в режиме резонанса в приемном и передающем контуре при различных взаимных положениях приемной и передающей катушек, а также при различной магнитной проницаемости среды, при этом для этого не требуется отдельной системы контроля и управления. Проведенные эксперименты в пресной и соленой воде с концентрацией морской соли до 40 г/л показали, что эффективность работы системы отличается не более, чем на 1,1 % от эффективности работы системы в воздухе. Максимальная передаваемая мощность системы в соленой воде составила 117 Вт при расстоянии между катушками 10 мм, при этом уровень эффективности системы достигает 78,3 %.

Ключевые слова: БСПЭ в воде, беспроводная передача энергии в воде, резонансный автогенератор, эффективность беспроводной передачи энергии.

Krestovnikov K. D.

STUDY OF EFFICIENCY OF WIRELESS POWER TRANSMISSION SYSTEM WHEN OPERATING IN WATER AND SOLUTIONS

Abstract: This paper describes a medium-power wireless power transmission system with the ability to operate in an aquatic environment. The developed system can be used to power or charge batteries for unmanned underwater vehicles or other robotic systems. The presented work is aimed at identifying the characteristics of the system when operating in fresh and salt water. The system is based on the principle of inductive power transmission. A feature of the system is the use of a resonant self-excited generator, for which the transmitting LC-circuit of the system is a frequency setting. The presented circuitry solution allows maintaining operation in the resonance mode in the receiving and transmitting circuits at different mutual positions of the receiving and transmitting coils, as well as at different magnetic permeability of the medium, while not requiring a separate monitoring and control system for this. Experiments carried out in fresh and salt water with a sea salt concentration of up to 40 g/l have shown that the efficiency of the system differs by no more than 1. 1% from the efficiency of the system in air. The maximum power transfer of the system in salt water was 117 W with a coil spacing of 10 mm, with a system efficiency of 78.3 %.

Keywords: WPT system in water, wireless power transmission in water, self-excited generator, efficiency of wireless power transmission.

Булатов В. Н., Сильвашко С. А., Тимонов Е. С., Худорожков О. В.

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ЦИФРОВОГО СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛОВ … 28

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2022.2.4

Аннотация: Представлена методика аппроксимации многочленом Ньютона дискретного сигнала с неравномерной дискретизацией. Для аппроксимирующего дискретный сигнал многочлена приводится вывод выражения спектральной плотности и формирование на его основе выражения линейчатого спектра для зарегистрированного массива отсчетов дискретного оконного сигнала. Полученная методика для дискретного преобразования Фурье позволяет производить цифровой спектральный анализ дискретных сигналов с небольшим числом отсчетов, обеспечивая при этом высокую точность.

Ключевые слова: информационно-измерительная система, дискретное преобразование Фурье, оконный дискретный сигнал, аппроксимация дискретного сигнала, методическая погрешность спектрального преобразования.

Bulatov V. N., Silvashko S. A., Timonov E. S., Khudorozhkov O. V.

IMPROVING THE ACCURACY OF DIGITAL SPECTRAL ANALYSIS DISCRETE SIGNAL

Abstract: A method for approximating a discrete signal with non-uniform sampling by a Newton polynomial is presented. For the polynomial approximating the discrete signal, the output of the spectral density expression is given and the formation of the linear spectrum expression based on it for the registered array of samples of the discrete window signal. The resulting technique for discrete Fourier transform allows digital spectral analysis of discrete signals with a small number of samples, while providing high accuracy.

Keywords: information and measurement system, discrete Fourier transform, window discrete signal, approximation of a discrete signal, methodological error of the spectral transformation.

Колоколов А. С., Вороничев П. П.

ДИАГНОСТИКА РОТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА МИКРОВАРИАЦИЙ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА … 35

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2022.2.5

Аннотация: Предложен способ диагностики состояния роторного оборудования, основанный на анализе неравномерности вращения вала исследуемого изделия. Для этого на его валу устанавливается датчик частоты вращения, позволяющий последовательно фиксировать значения мгновенной частоты ω или мгновенного периода T вращения вала. На основе полученного ряда значений оценивается величина среднеквадратичного отклонения s последовательных величин ω или T от их средних значений. Вывод о наличии дефекта изделия производится в случае превышения величиной s определенного порогового значения. Работоспособность предложенного способа продемонстрирована на примерах задач диагностики хвостового редуктора вертолета и роликовых подшипников.

Ключевые слова: неразрушающий контроль, вибродиагностика, датчик частоты вращения вала, микровариации вращения вала.

Kolokolov A. S., Voronichev P. P.

METHOD FOR DIAGNOSING ROTARY EQUIPMENT BASED ON ANALYSIS OF MICROVARIATIONS OF SHAFT ROTATION

Abstract: A method for diagnosing the state of rotary equipment based on the analysis of uneven rotation of the shaft of the investigated product is proposed. For this, a rotational speed sensor is installed on its shaft, which makes it possible to sequentially record the values of the instantaneous frequency ω or the instantaneous period T of shaft rotation. On the basis of the obtained series of values, the value of the standard deviation of successive values of ω or T from their mean values is estimated. The conclusion about the presence of a product defect is made if the standard deviation exceeds. The efficiency of the proposed method is demonstrated by examples of diagnostic tasks for a helicopter tail gearbox and roller bearings.

Keywords: non-destructive testing, vibration diagnostics, shaft speed sensor, micro-variations in shaft rotation.

Савченков С. В., Исупова Е. В., Агиней Р. В., Мусонов В. В.

ВЫБОР ТИПА И КОНСТРУКЦИИ МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА СЕНСОРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ТОКА, ПРОТЕКАЮЩЕГО ПО ТРУБОПРОВОДУ … 41

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2022.2.6

Аннотация: Выполнен анализ существующих бесконтактных магнитных датчиков тока. Показано, что удовлетворительные результаты для построения приборов, используемых для оценки силы тока в трубопроводах, могут быть получены на магниторезистивных и феррозондовых датчиках. Рассмотрена конструкция однокомпонентного феррозондового датчика. Предложена принципиальная схема приемного устройства бесконтактного измерения тока катодной защиты. Представлены технические характеристики устройства и алгоритм измерения тока катодной защиты нефтегазопроводов и блуждающих токов.

Ключевые слова: магниточувствительный элемент, ток катодной защиты трубопровода, феррозондовый датчик, бесконтактный измеритель тока, автоколебательная измерительная схема.

Savchenkov S. V., Isupova E. V., Aginey R. V., Musonov V. V.

SELECTION AND JUSTIFICATION OF THE MAGNETICALLY SENSITIVE ELEMENT’S TYPE AND DESIGN FOR MEASURING THE CURRENT FLOWING THROUGH THE PIPELINE

Abstract: The paper analyzes the existing non-contact magnetic current sensors. It is shown that satisfactory results for the construction of devices used to assess the current strength in pipelines can be obtained with magnetoresistive and fluxgate sensors. The article shows the design of a one-component flux-gate sensor. There is proposed schematic diagram of the receiving device for the contactless measurement of the cathodic protection current. Besides there are presented technical characteristics of the receiving device units and algorithm for measuring the cathodic protection current of oil and gas pipelines and stray currents.

Keywords: magnetically sensitive element, pipeline cathodic protection current, fluxgate sensor, non-contact current meter, self-oscillating measuring circuit.

Селиванов К. В.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ LI-ION АККУМУЛЯТОРОВ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПЕРИОДА ИХ РАБОТЫ В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ … 47

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2022.2.7

Аннотация: Представлен опыт эксплуатации и описаны свойства Li-ion аккумуляторных батарей (АКБ). Показана необходимость входного контроля, подготовки к использованию, а также диагностирования эксплуатируемых Li-ion АКБ. Основными параметрами для проверки Li-ion АКБ были ток разряда, емкость и выходное напряжение. Показано отсутствие удовлетворяющих образцов электронных изделий на рынке с возможностью измерения и накопления статистики по указанным параметрам. Описаны разработка и прототипирование экспериментального устройства для проведения технического обслуживания Li-ion АКБ. Приведены результаты эксперимента, поставленного для подтверждения работоспособности созданного устройства. На основании полученной в результате эксперимента статистики даны рекомендации по эксплуатации Li-ion АКБ. Сделано заключение о пригодности разработанного устройства для диагностирования Li-ion АКБ в условиях эксплуатации.

Ключевые слова: диагностирование, устройство для диагностирования, аккумуляторная батарея (АКБ), контроль состояния, эксплуатация Li-ion АКБ.

Selivanov K. V.

DEVICES FOR TESTING LI-ION BATTERIES AND PREDICTING THE PERIOD OF THEIR OPERATION IN VARIOUS CONDITIONS

Abstract: The article describes the properties and presents the experience of using Li-ion batteries (batteries). On the basis of the analyzed literature and the available own experience of operation Li-ion battery shows the need for input monitoring, preparation for use, as well as diagnostics of operated Li-ion batteries. The discharge current, capacitance and output voltage determined the main parameters for the test. It is shown that there are no satisfactory samples of electronic products on the market with the possibility of measuring and accumulating statistics on these parameters. The development and prototyping of an experimental device for carrying out maintenance of a Li-ion battery is described. The results of the experiment performed to confirm the operability of the manufactured device are presented. The collected statistics obtained as a result of the experiment are presented in the work in the form of graphs. On its basis, a number of recommendations for the operation of Li-ion batteries are given. The conclusions draw a conclusion about the suitability of the developed device for diagnosing Li-ion batteries under operating conditions and indicate the further direction of the research.

Keywords: diagnostics, device for diagnosing, storage battery, condition monitoring, Li-ion storage battery operation.

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

SCIENTIFIC AND TECHNICAL PUBLICISM

Пащенко Ф. Ф., Хижинская Л. Д., Лясковская И. В., Пащенко А. Ф., Тордия М. Д.

“УМНЫЙ ГОРОД” МОСКВА. ЧАСТЬ II … 54

DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2022.2.8

Аннотация: В статье приведены примеры внедрения современных технологий, в том числе на базе искусственного интеллекта в сферы здравоохранения, энергетики и ЖКХ.

Ключевые слова: умный город, цифровое здравоохранение, умная энергетика, умное ЖКХ, интернет вещей, электронные сервисы и приложения, многофункциональные центры.

Pashchenko F. F., Khizhinskaya L. D., Lyaskovskaya I. V., Pashchenko A. F., Tordia M. D.

SMART CITY MOSCOW. PART II

Abstract: This article provides examples of the introduction of technologies, including those based on artificial intelligence, in healthcare, energy as well as housing and utility infrastructure.

Keywords: smart city, smart energy, smart housing and communal services, internet of things, electronic services and applications, multifunctional centers.