Датчики и системы, № 6, 2011 г.
С О Д Е Р Ж А
Н И Е и
А Н Н О Т А Ц И И
Представляет Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"
ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ИЗМЕРЕНИИ ИОННОЙ ПОДВИЖНОСТИ
Головин А. В., Беляков В. В.,
Васильев В. К. и др. Приборы и системы для спектрометрии ионной подвижности
Проведен обзор приборов и систем, используемых в технологии спектрометрии ионной подвижности для обнаружения сверхмалых количеств веществ. Рассмотрена общая схема приборов на основе спектрометрии ионной подвижности, области применения, преимущества и недостатки доступных на рынке устройств, различные источники ионизации, конструкции дрейфовых областей.
Ключевые слова: спектрометрия
ионной подвижности, источники ионизации, обнаружение сверхмалых количеств
веществ, дрейфовая ячейка, расчет конструкции.
Golovin A. V., Belyakov V. V., Vasil'ev
V. K., et al. Devices and systems for ion mobility
spectrometry
Review of devices and
systems used in ion mobility spectrometry technology for the detection of minute
substance quantities is presented. General scheme of devices based on ion
mobility spectrometry, fields of usage, advantages and disadvantages of
devices, accessible on the market, different ionization sources, and drift
areas designs were considered.
Keywords: ion mobility spectrometry, ionization sources, detection of
minute substance quantities, drift cell, structure evaluation.
Васильев В. К., Беляков В. В., Першенков В. С. и др. Методы калибровки спектрометра
ионной подвижности … 12
Рассмотрены методы калибровки спектрометров ионной подвижности с использованием паров взрывчатых веществ и продуктов, выделяющихся при горении коронного разряда. Представлена система калибровки, которая интегрирована в общую систему управления спектрометром.
Ключевые слова: спектрометрия
ионной подвижности, обнаружение следов взрывчатых веществ, калибровка.
Vasil'ev V. K., Belyakov V. V., Pershekov
V. S., et al. Calibration methods for ion mobility
spectrometer
Calibration methods for
ion mobility spectrometers using explosives vapors and products of corona
discharge burning are considered. Calibration system integrated into overall
control system of spectrometer is presented.
Keywords: ion mobility spectrometry, detection of explosives traces,
calibration.
Беляков В. В., Малкин Е. К.,
Шуренков В. В. и др. Устройство импульсного нагрева пробы в
спектрометре ионной подвижности … 17
Описано устройство отбора пробы с импульсным нагревом промежуточного носителя для спектрометра ионной подвижности. Проведено численное моделирование структуры импульсного нагревателя. Разработана конструкция устройства отбора пробы, использующая импульсный нагрев промежуточного носителя. Приведены экспериментальные результаты апробации устройства отбора пробы.
Ключевые слова: спектрометрия
ионной подвижности, обнаружение следовых количеств веществ, подогрев
поверхности импульсным нагревателем, отбор пробы.
Belyakov V. V., Malkin E. K., Shurenkov
V. V., et al. The pulse heating device in ion
mobility spectrometer
Sampling device with pulse
heating of intermediate carrier for ion mobility spectrometer is described.
Numerical simulation of pulse heater structure was carried out. Design of
sampling device using pulse heating of intermediate carrier was developed.
Experimental results of sampling device testing are presented.
Keywords: ion mobility spectrometry, detection of minute substance
quantities, surface heating by pulse heater, sampling.
Громов Е. А., Беляков В. В.,
Варламов Н. В. и др. Система управления коронным разрядом с
модуляцией поля в ионном источнике спектрометра ионной подвижности … 21
В статье представлена система управления коронным разрядом с модуляцией поля в ионном источнике спектрометра ионной подвижности, которая позволяет повысить стабильность работы и увеличить разрешающую способность прибора. Алгоритм поджига коронного разряда, который реализован схемой формирования коронного разряда без дополнительных поджигающих электродов, упрощает конструкцию предлагаемого источника и электронную схему управления.
Ключевые слова: коронный разряд,
ионная подвижность, модуляция электрического поля, ионный источник
спектрометра.
Gromov E. A., Belyakov V. V., Varlamov
N. V., et al. Ignition
method of corona discharge with modulation of the field in ion source of ion
mobility spectrometer
This article describes
an improved version of the ion mobility spectrometer considered in [1]. The new
method for the ignition of the corona discharge has been developed, which
improves the stability of the ion mobility spectrometer and the resolution of
the instrument. The system of forming a corona discharge without additional
electrode used in a number of known structures for the pre-ionization has been developed, this simplifies the design of the proposed source
and an electronic control circuit.
Keywords: corona discharge, ion mobility, electric field modulation, ion
source of spectrometer.
РАДИАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ
Бакеренков А. С., Беляков В. В., Шуренков В. В. и
др. Система
для измерения параметров операционных усилителей при радиационных испытаниях …
25
Разработана измерительная система для радиационных испытаний операционных усилителей на стойкость к воздействию ионизирующего излучения. В состав измерительной системы входит плата коммутатора, позволяющая подключать к системе операционные усилители разных типов. Предусмотрена возможность задания и контроля температуры исследуемых операционных усилителей. Система позволяет производить автоматическое управление сбором, накоплением и обработкой экспериментальных данных, что особенно важно для длительных экспериментов. Проведена экспериментальная апробация системы в радиационном эксперименте.
Ключевые слова: операционный усилитель,
входной ток, напряжение смещения, автоматизация измерений, коммутатор,
радиационный эксперимент.
Bakerenkov A. S., Belyakov V. V., Surenkov
V. V., et al. System for the measurement of
operational amplifiers in radiation hardness testing
Measuring system for
operational amplifiers testing for radiation hardness was developed. Measuring
system includes multiplexer card allowing to connect
operational amplifiers of different types to the system. The possibility of
definition and control of operational amplifier temperature is provided. The
system allows to realize automatic control of
experimental data collection, storage and processing which especially important
to prolonged experiments. Experimental testing of the system in radiation
hardness experiment was carried out.
Keywords: operational amplifier, input current,
bias voltage, measurement automation, multiplexer, radiation hardness
experiment.
Барбашов В. М. Моделирование
функциональных отказов цифровых систем при воздействии радиации … 29
Рассмотрены методы моделирования функциональных отказов цифровых систем при воздействии радиации, основанные на модели нечеткого цифрового автомата Брауэра. Принципиальным отличием данного метода от традиционных является возможность учета в явной форме в функционально–логических моделях интегральных микросхем (ИМС) зависимости их радиационной стойкости от режима работы, функционального состояния, конструктивно–технологических и схемотехнических параметров ИМС. Рассматриваются методики построения критериальных функций принадлежности базовых элементов для ИМС различной технологии. Даны алгоритмы прогнозирования переходных и остаточных радиационных эффектов в ИМС.
Ключевые слова: отказ цифровых
систем, нечеткий цифровой автомат Брауэра, радиационная стойкость.
Barbashov V. M. Simulation of functional failures
of digital systems from radiation influence
Simulation methods of
functional failures of digital systems from radiation influence based on Brauer fuzzy automat model are considered. The possibility
of explicit consideration in IC chips functional-logical models of the
dependence of its radiation hardness from working mode, functional status,
design-technological and circuit-analytical IC chip parameters is the principal
difference of this method from traditional ones. Building methods for criteria
functions for
belonging of basic elements to IC chips of different technologies
are considered. Prognostic algorithms for transient and permanent radiation
effects in IC chips are given.
Keywords: digital system failure, Brawer fuzzy
digital automat, radiation hardness.
Подлепецкий Б. И. Влияние
ионизирующего излучения на характеристики интегральных датчиков водорода с МДП-транзисторными чувствительными элементами … 35
Представлены экспериментальные данные и результаты моделирования влияния ионизирующего излучения на основные метрологические и эксплуатационные характеристики интегральных датчиков водорода на основе МДП-транзисторных чувствительных элементов с различными схемными конфигурациями.
Ключевые слова: ионизирующее
излучение, датчик водорода, МДП-транзисторный чувствительный
элемент, метрологические и эксплуатационные характеристики.
Podlepetsky B. I. Influence of ionizing radiation to
characteristics of integral hydrogen sensors with MIS-transistor sensitive
elements
Experimental data and
simulation results of the influence of ionizing radiation to main metrological
and operational characteristics of integral hydrogen sensors based on
MIS-transistor sensitive elements with different circuit configurations are
presented.
Keywords: ionizing radiation, hydrogen sensor, MIS-transistor sensitive
element, metrological and operational characteristics.
Водохлебов И. Н., Симаков А. Б. Дозиметр СВЧ-излучения
… 42
Представлена новая методика измерения поглощенной дозы электромагнитного излучения СВЧ-диапазона. Приведены результаты моделирования и экспериментальных исследований детекторного элемента, а также рабочие характеристики макетного образца дозиметра СВЧ-излучения.
Ключевые слова: электромагнитное
излучение, дозиметр, поглощенная энергия, детекторная сборка.
A new technique for
measuring absorbed doses of microwave electromagnetic radiation is presented. The
results of computer simulation and experimental studies of the detector element
for microwave radiation dosimeter are shown. On the basis of a new technique
and the developed detector, the breadboard model of the microwave dosimeter is
created, its performance data are resulted.
Keywords: electromagnetic radiation, dosimeter, absorbed energy,
detector assembly.
Машинистов Р. Ю., Шмелева А. П.,
Чернышев Ю. А. Системы управления
детектора TRT в эксперименте ATLAS на Большом адронном коллайдере … 47
Представлено описание аппаратно-программного обеспечения одного из основных приборов в эксперименте ATLAS – трекового детектора переходного излучения, предназначенного для измерения координат треков и для идентификации электронов. Для обеспечения работы детектора должна быть разработана система управления конфигурациями считывающей электроники и соответствующее программное обеспечение.
Ключевые слова: детектор
элементарных частиц, система сбора данных, программное обеспечение, база
данных.
Mashinistov R. Yu., Shmeleva A. P., Chernyshev
Yu. A. Control systems of TRT detector of ATLAS
experiment for Large Hadron Collider
The description of
hardware and software of one of the main systems of ATLAS experiment -
transition radiation track detector, intended for track coordinates measurement
and for electron identification, is presented. Control system of data reading
electronics configuration and relevant software should be developed.
Keywords: detector of elementary particles, data collection system,
software, database.
ТЕОРИЯ И ПРИНЦИПЫ
ПОСТРОЕНИЯ ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ
Королев А. Н., Полищук Г. С. Цифровые измерительные системы на основе
измерения координат изображения марки на светочувствительной матрице ТВ-камеры
… 50
Рассмотрена концепция разработки оптических цифровых измерительных систем, основанная на измерении координат изображения марки на светочувствительной матрице ТВ-камеры с субмикронной точностью. Показана эффективность такого подхода для создания широкого класса приборов для линейных и угловых измерений. Обсуждаются вопросы, связанные с оптимизацией формы оптической марки и алгоритмов обработки массива видеоданных. Представлены результаты измерений, приведены дополнительные достоинства приборов, особенно важные для измерительной практики.
Ключевые слова: CCD-матрица,
CMOS-матрица, линейно-угловые измерения, цифровой автоколлиматор, измерения
отклонения от прямолинейности, датчик угла.
Korolev A. N., Polishchuk G. S. Digital measuring systems based on the coordinate measuring of target
image on the photosensitive CCD
The article deals with
the engineering of digital measuring systems, based on the coordinate measuring
of target image on the photosensitive CCD with submicron accuracy. The
efficiency of such approach for development of wide range of instruments for
angular and linear measurements is shown. The important questions related to
the optimization of the optical target form and algorithms of video data array
processing are discussed. The measured results and the additional qualities of
such instruments that are important for measuring practice are presented.
Keywords: CCD-array, CMOS-array, linear and angular measurements,
digital autocollimator, measurement of deviation from straight line, angular
sensor.
Добронравов О. Е., Дрындин А. В. Проектирование
накопителя данных измерений для мобильных цифровых информационо-измерительных
систем … 53
Рассмотрен ряд практических вопросов проектирования накопителей данных измерений для мобильных цифровых информационно-измерительных систем и интеллектуальных датчиков. Сформулированы критерии для выбора основы проектного решения накопителя данных измерений на базе флэш-памяти.
Ключевые слова:
информационно-измерительная система, накопитель, флэш-память.
Dobronravov O. E., Dryndin A. V. Data storage design for mobile measuring systems and smart sensors
Practical questions of
data storage design for mobile measuring systems and smart sensors are
considered. The basic requirements and design evaluation criteria for data
storage based on flash memory are formulated.
Keywords: data-measuring system, storage device, flash
memory.
Лихачев И. Г., Пустовой
В. И. Волоконно-оптическая система
измерения давления … 56
На основе метода прямого спектрального детектирования разработана четырехканальная волоконно-оптическая система измерения наноперемещений и давления. Метод обеспечивает высокую абсолютную точность измерений, большой динамический диапазон, невосприимчивость к шумам в системе и не требует применения подвижных механических узлов. Разрешающая способность метода составляет ~10–6 от полного диапазона измерений для времени одного измерения 20 мс. Прибор невосприимчив к электромагнитным помехам и способен работать в пожаро- и взрывоопасных условиях. Метод обработки сигналов допускает мультиплексирование измерительных каналов и объединение приборов в сети.
Ключевые слова:
волоконно-оптический датчик, интерферометр, давление, точность измерения.
Likhachiev
Four-chanel
interferometric fiber-optic sensing system is
designed for accurate and reliable measurement of microdisplacement
and pressure. The measuring system includes probes connected to the processing
unit by the fiber optic cable and the computer for the data processing. High
sensitivity of the system is provided by the Fabry-Perot
interferometer used as a probe. The operation of the system is based on the
straightforward detection and processing of the broadband spectrum of the light
reflected from the probe. The spectral distribution unambiguously characterizes
the value of measurement which is recovered by a proper processing technique.
The employment of spectral encoding demonstrated high noise resistance of the
system and insensitivitiy to the optical power
variations. The pressure sensor resolution is 10–6 of the full
pressure scale at the 20 ms measurement time.
Keywords: fiber-optical sensor, interferometer, pressure, measurement
accuracy.
Бармашов И. С. Технология
плазмохимического травления и изготовления МЭМС-датчиков
… 60
Кратко рассмотрены достоинства метода плазмохимического травления для создания емкостных МЭМС-датчиков. В качестве примера приведен инклинометр, разработанный ООО "Совтест-АТЕ" на основе данной технологии.
Ключевые слова: емкостные МЭМС-датчики, плазмохимическое травление, инклинометр.
Advantages of
plasma-chemical etching method for manufacturing of capacitive MEMS-sensors are
briefly considered. The inclinometer developed by OOO "Sovtest-ATE"
on the base of this technology is presented as an example.
Keywords: capacitive MEMS-sensors, plasma-chemical etching,
inclinometer.
ИЗМЕРЕНИЯ, КОНТРОЛЬ, АВТОМАТИЗАЦИЯ (журнал в журнале)
Касаткин С. И., Васильева Н. П.,
Муравьев А. М. Спин-вентильные
и спин-туннельные магниторезистивные наноэлементы и устройства на их основе … 63
Рассмотрены разрабатываемые и выпускаемые в мире магниточувствительные наноэлементы на основе спин-вентильных и спин-туннельных магниторезистивных металлических наноструктур и устройства на базе этих наноэлементов. Обсуждены основные области их применения.
Ключевые слова: спин-вентильный и спин-туннельный
магниторезистивный эффект, металлические наноструктуры,
наноэлементы.
Kasatkin S. I., Vasil'eva
N. P., Murav'ev A. M. Spin-gate and spin-tunnel magnetoresistive nanoelements and devices based on these nanoelements
Magnetosensitive elements based on spin-gate and
spin-tunnel magnetoresistive metallic nanostructures
and devices based on these nanoelements which were developed
and manufactured worldwide were considered. Main fields of its usage were
discussed.
Keywords: spin-gate and spin-tunnel magnetoresistive
effect, metallic nanostructures, nanoelements.
Библиография+ … 72
Выставки (июль–декабрь 2011 г.) … 74
* * *
Contents and abstracts … 75