Датчики и системы, № 12, 2016

Sensors and Systems, N 12, 2016

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 S 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

Дорофеюк А. А., Дорофеюк Ю. А., Покровская И. В., Чернявский А. Л.

РЕКУРРЕНТНЫЕ АЛГОРИТМЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО АНАЛИЗА ИНФОРМАЦИИ В СЛОЖНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНО-УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМАХ … 3

Аннотация: Для интеллектуального анализа информации в сложных измерительно-управляющих системах предложено применять рекуррентные алгоритмы типа стохастической аппроксимации. Проведено исследование критериев качества классификации, зависящих от ненормированных моментов и нулевых моментов классов, а также вида оптимальной классификации. Предложен рекуррентный алгоритм классификации, доказана теорема о его сходимости, обеспечивающая стационарное значение этого критерия качества классификации. Рассмотрено применение предложенного подхода к решению типовых задач классификационного анализа: классического варианта задачи размытой кластеризации с фоновым классом, экстремальной группировки параметров, диагонализации матрицы связи, кластеризации в бинарных, номинальных и ранговых шкалах.

Ключевые слова: измерительно-управляющие системы, интеллектуальный анализ информации, размытая классификация, рекуррентные алгоритмы, стохастическая аппроксимация, типы размытости, структуризация параметров, кластерный анализ, кусочная аппроксимация сложных зависимостей.

Dorofeyuk A. А., Dorofeyuk Ju. A., Pokrovskaya I. V., Chernyavsky A. L.

RECURRENT MINING ALGORITHMS IN COMPLEX MEASURING AND CONTROL SYSTEMS … 3

Abstract: For mining information in complex measuring and control systems is proposed to use iterative algorithms of stochastic approximation type. Criteria of classification quality, dependent on non-normalized moments and zero moments of classes and also the form of the optimal classification are studied. Recursive algorithm classification, a theorem about its convergence, providing the stationary value of the criterion of classification quality are proposed. Described are the application of the proposed approach to the solution of typical tasks of the classification analysis: the classic version of the fuzzy clustering problem with background class; extremely parameters grouping; the connections matrix diagonalization; binary, nominal and rank-order scales clustering.

Keywords: measuring and control systems, intelligent information analysis, fuzzy classification, iterative algorithms, stochastic approximation, fuzziness types, parameters structuring, cluster analysis, piecewise approximation of complex dependencies.

Агамалов Ю. Р.

ИЗМЕРЕНИЕ МНОЖЕСТВА ВЕКТОРОВ НЕКОГЕРЕНТНЫХ ГАРМОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, ИНВАРИАНТНОЕ К СИГНАЛУ ПОСТОЯННОГО ТОКА … 11

Аннотация: Описан высокоточный, быстродействующий и простой в реализации способ измерения множества векторов некогерентных гармонических сигналов переменного тока, инвариантный к помехе в виде сигнала постоянного тока. Решение поставленной в самом общем виде задачи получено на основе так называемого метода расщепляющихся множеств дискрет и теоретико-инвариантного подхода к организации измерительного процесса. Реализация способа проиллюстрирована на примере синтеза измерительного алгоритма для случая трех гармонических сигналов. Дан анализ полученных результатов.

Ключевые слова: измерение множества векторов некогерентных гармонических сигналов переменного тока, метод расщепляющихся множеств дискрет, теоретико-инвариантный подход.

Agamalov Yu. R.

THE INVARIANT TO DIRECT CURRENT SIGNAL NON-COHERENT HARMONIC ALTERNATING CURRENT SIGNALS VECTORS SETS MEASUREMENT … 11

Abstract: A high-accuracy fast-acting simple in implementation and invariant to interferences in the form of direct current signal method of non-coherent harmonic alternating current signals vectors sets measurement is described. The solution of stated in the general view problem is gained on the base of so called the splitting sets of samples method and invariant theory approach to measurement process organization. The implementation of the method is illustrated on example of the measurement algorithm synthesis for the case of three harmonic signals. The analysis of the obtained results is given.

Keywords: measurement of non-coherent harmonic alternating current signals sets, splitting sets of samples method, invariant theory approach, measurement algorithm synthesis.

Бобылев Д. А.

ПРИМЕНЕНИЕ АДАПТИВНОЙ ВЕСОВОЙ ФУНКЦИИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ ПЕРИОДИЧЕСКОГО СИГНАЛА НА ФОНЕ ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНОЙ ПОМЕХИ … 16

Аннотация: Рассмотрен метод подавления экспоненциальной помехи в процессе линейного фазочувствительного преобразования дискретного сигнала посредством адаптации весовой функции к значению постоянной времени паразитной экспоненты, полученному на основании апостериорной информации.

Ключевые слова: фазочувствительное преобразование, преобразование Фурье, экспоненциальная помеха, весовая функция.

Bobylev D. A.

THE APPLICATION OF ADAPTIVE WEIGHT FUNCTION FOR THE DETERMINATION OF THE PERIODIC SIGNAL COMPONENTS ON THE EXPONENTIAL DISTURBANCE BACKGROUND … 16

Abstract: The method for the suppression of a exponential disturbance during a discrete signal phase-sensitive linear transformation is considered. The suppression is achieved by means of the weighting function adapting to the time constant value of the spurious exponent obtained through the a posteriori information.

Keywords: phase-sensitive transform, Fourier transform, exponential disturbance, weighting function.

Боровский А. С., Булатов В. Н., Соловьев Н. А.

СПЕКТРАЛЬНО-ДИСКРЕТНЫЙ МЕТОД ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ФАЗЫ КОЛЕБАНИЙ … 21

Аннотация: Разработаны теория и способ реализации воспроизведения дискретных значений фазы колебаний для определения разовых погрешностей радиотехнических трактов.

Ключевые слова: цифровой спектральный анализ, фаза колебаний, угол фазового сдвига.

Borovsky A. S., Bulatov V. N., Soloviev N. А.

SPECTRAL-DISCRETE METHOD OF REPRODUCING PHASE FLUCTUATIONS … 21

Abstract: The theory and method for reproduction of discrete values of phase fluctuations for using in radio channels phase tests is proposed.

Keywords: digital spectrum analysis, the phase of the oscillation, the angle of the phase shift.

Ваньков Ю. В., Филаретов Г. Ф., Червова А. А.

ПРИМЕНЕНИЕ ФРАКТАЛЬНОГО АНАЛИЗА ДЛЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МЕТОДОВ АКУСТИЧЕСКОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ … 27

Аннотация: Рассмотрена задача обнаружения дефектов цилиндрических стержней с помощью фрактального анализа акустических откликов, получаемых в ходе проведения экспериментов на специальном исследовательском комплексе. Приведены описание данного комплекса, методика проведения экспериментов и алгоритм обработки акустических сигналов, основанный на использовании геометрического индекса фрактальности. Показана эффективность применения данного алгоритма для выявления дефектов типа трещин (пропилов) размером от 1 до 6 мм при их различной ориентации в контролируемом изделии.

Ключевые слова: акустический неразрушающий контроль, фрактальный анализ сигналов, геометрический индекс фрактальности, обнаружение дефектов.

Vankov Yu. V., Filaretov G. F., Chervova A. A.

THE APPLICATION OF FRACTAL ANALYSIS TO IMPROVE THE ACOUSTIC METHODS OF NONDESTRUCTIVE TESTING … 27

Abstract: Application of fractal analysis for acoustic defects detection in cylindrical bars is considered. Acoustic signals from controlled cylindrical bars were obtained using standardized complex. Description of the complex, experiments techniques and signal processing algorithm based on application of geometrical fractal index are presented. Effectiveness of the proposed approach for cylindrical bars with saw cuts sized from 1 to 6 mm with different orientations is shown.

Keywords: nondestructive acoustic monitoring, fractal time series analysis, geometrical fractal index, defects detection.

КОНСТРУИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ

DESIGN AND PRODUCTION OF SENSORS, DEVICES AND SYSTEMS

Системы автоматизированного проектирования коммутационных структур электронных средств

Computer-aided design of electronic means of connection structures

Власов А. И., Гриднев В. Н., Жалнин В. П., Емельянов Е. И.

МЕТОДИКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ КОММУТАЦИОННЫХ СТРУКТУР В СРЕДЕ ALTIUM DESIGNER. СИНТЕЗ ПРОЕКТА КОММУТАЦИОННОЙ СТРУКТУРЫ … 34

Аннотация: Рассмотрен заключительный этап проектирования электронных коммутационных структур – синтез проекта коммутационной структуры. Описаны этапы формирования проекта в виде формализованной структуры, состоящей из определенного количества документов, описывающих проект в целом. Основное внимание уделено особенностям реализации синхронных технологий проектирования электронных коммутационных структур с сквозной интеграцией различных САПР. Проанализирован интерфейс генератора документации проекта и 3D-редактора Altium Designer. Кратко описан процесс построения 3D-модели платы. Даны рекомендации по формализации проекта для дальнейшей передачи электронной документации на последующие этапы производства электронных коммутационных структур.

Ключевые слова: коммутационные структуры, печатная плата (ПП), Altium Designer, синтез, формализация, синхронные технологии, автоматизированное оборудование.

Vlasov A. I., Gridnev V. N., Zhalnin V. P., Yemelyanov E. I.

TECHNIQUES OF ELECTRONIC DESIGN AUTOMATION OF SWITCHING STRUCTURES IN ALTIUM DESIGNER ENVIRONMENT. SYNTHESIS OF THE PROJECT OF SWITCHING STRUCTURE … 34

Abstract: In this work the 7th design stage of electronic switching structures – synthesis of the project of switching structure is presented. In this article stages of formation of the project in the form of the formalized structure consisting of a certain number of the documents describing the project in general are described. The main attention is paid to features of realization of synchronous technologies of design of electronic switching structures with through integration of various SAPR. In work the interface of the generator of documentation of the project and the 3D Altium Designer editor is analysed. Process of creation of a 3D model of a payment is briefly described. Recommendations about formalization of the project for further transfer of electronic documentation on the subsequent production phases of electronic switching structures are made.

Keywords: switching structures, the printed circuit board (PCB), Altium Designer, synthesis, formalization, synchronous technologies, the automated equipment.

***

Мякочин Ю. О., Бороздин А. С.

ДЕКОДИРОВАНИЕ БЛОЧНЫХ КОДОВ СТАНДАРТА DMR НА DSP ПРОЦЕССОРЕ 1967ВН034 … 46

Аннотация: Приведены результаты реализации декодирования блочных кодов с использованием отечественного сигнального процессора 1967ВН034. Представленные алгоритмы обеспечивают оптимальные или близкие к оптимальным характеристики декодирования, имеют умеренные вычислительные затраты и могут быть эффективно реализованы на выбранном сигнальном процессоре.

Ключевые слова: цифровая радиосвязь, подвижная радиосвязь, стандарт DMR, узкополосная радиосвязь с множественным доступом, системы радиосвязи железнодорожного транспорта.

Myakochin Yu. O., Borozdin A. S.

DECODING OF DMR BLOCK CODES ON THE 1967ВН034 DSP-PROCESSOR … 46

Abstract: The article describes the results of block codes decoding using 1967ВН034 signal processor. The algorithms provide optimal or close to optimal decoding performances with effective implementation in the selected signal processor.

Keywords: digital radio, mobile radio, DMR standard, narrow-band radio with multiple access, railway radio systems.

Паранин А. Д., Тележко В. М., Тютчев М. В., Хойна Е. В.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СЕНСОР ДЛЯ КОНТРОЛЯ КОНЦЕНТРАЦИИ HCN В ВОЗДУХЕ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ … 49

Аннотация: Исследовано влияние смещения потенциала индикаторного электрода амперометрического сенсора циановодорода относительно электрода сравнения на характеристики сенсора. Показано, что оптимизация анодного смещения потенциала индикаторного электрода позволяет создать сенсор, превосходящий существующие образцы по быстродействию и разрешающей способности и удовлетворяющий требованиям стандартов РФ.

Ключевые слова: электрохимический амперметрический сенсор, циановодород, синильная кислота, цианистый водород, быстродействие, чувствительность, разрешение сенсора.

Paranin A. D., Telezhko V. M., Tyutchev M. V., Khoyna E. V.

ELECTROCHEMICAL SENSOR FOR CONTROL OF THE HYDROGEN CYANIDE CONCENTRATION IN AIR OF A WORKING ZONE … 49

Abstract: Influence of a bias voltage on the electrochemical amperometric hydrogen cyanide sensor characteristics is studied. It is shown that the using of the optimized anodic bias voltage allowes to implement sensors, having better response time and resolution then existing samples and coming up to RF standards.

Keywords: electrochemical amperometric sensor, hydrogen cyanide, hydrocyanic acid, response time, sensitivity, resolution.

Алферов В. А., Зайцев Н. К., Мельников П. В., Юрицын В. В.

МИКРОЭЛЕКТРОДНЫЙ ДАТЧИК ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО НАБЛЮДЕНИЯ БИОХИМИЧЕСКОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ КИСЛОРОДА … 55

Аннотация: Рассмотрена возможность применения микроэлектродных ансамблей для амперометрического измерения концентрации растворенного в воде кислорода в импульсном режиме. Выявлен ряд преимуществ в сравнении с традиционным макроскопическим электродом, что позволило предельно сократить период импульсов. Предложенная конструкция датчика позволяет использовать его при создании новых экспрессных методик измерения биохимического потребления кислорода (БПК), а также проводить непрерывный контроль с дискретностью в несколько секунд, при этом на порядки уменьшив расход кислорода в ходе электрохимической реакции.

Ключевые слова: микроэлектрод, импульсное амперометрическое измерение кислорода, концентрация кислорода в воде.

Alferov V. A., Zaitsev N. K., Melnikov P. V., Yuritsyn V. V.

MICROELECTRODE SENSOR FOR THE CONTINUOUS MONITORING OF THE BIOCHEMICAL OXYGEN DEMAND PROCESS … 55

Abstract: The possibility of using microelectrode ensembles for amperometric measuring of dissolved oxygen concentration in the pulse mode was shown. A number of advantages over conventional macroscopic electrode allows to extremely reduce the duty cycle. The proposed sensor design allows to use it for the creation of new BOD rapid measurement techniques, as well as to conduct continuous monitoring with sampling of a few seconds. Oxygen consumption during the electrochemical reaction was reduced by the order of magnitude.

Keywords: microelectrode, pulsing amperometric oxygen measurement, dissolved oxygen concentration.

Соколовский А. А.

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ МОДУЛЕЙ ОПТИЧЕСКИМ ИЗЛУЧЕНИЕМ … 62

Аннотация: Рассмотрены факторы, влияющие на эффективность систем питания электронных измерительных модулей оптическим излучением. Предложен вариант построения системы оптического питания, обеспечивающий повышение КПД и надежности системы путем подстройки мощности питающего излучения в зависимости от условий эксплуатации.

Ключевые слова: фотовольтаические преобразователи, оптоэлектронные датчики с питанием оптическим излучением.

Sokolovsky A. A.

EFFICIENCY INCREASING IN OPTICAL SUPPLY SYSTEM FOR ELECTRONIC MEASURING MODULES … 62

Abstract: The factors influencing efficiency of optical supply systems for electronic measuring modules are considered. The system of optical supply providing delivered power setup depending upon operating conditions for efficiency increasing is offered.

Keywords: fotovoltaic converters, optically powered optoelectronic sensors.

Куценко С. М., Башкуев Ю. Б., Каримов Р. Р.

ПРИМЕНЕНИЕ ИНДУКЦИОННОГО ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ГРОЗОВОЙ АКТИВНОСТИ … 65

Аннотация: Рассмотрен вопрос применения индукционно-электрометрического преобразователя (ИЭП) для исследования параметров атмосферных помех (атмосфериков) в ОНЧ-УВЧ диапазоне. Приведены экспериментальные результаты измерений атмосфериков цифровым осциллографом с применением ИЭП в качестве датчика поля.

Ключевые слова: атмосферные помехи, индукционный электрометрический преобразователь.

Kutsenko S. M., Bashkuev Y. B., Karimov R. R.

USE OF THE INDUCTION ELECTROMETRIC CONVERTER FOR REGISTRATION OF STORM ACTIVITY … 65

Abstract: The question of use of the induction and electrometric converter (IEC) for investigations of parameters of statics (atmospherics) in ONCh-UVCh range is considered. Experimental results of atmospherics measurements by a digital oscillograph with use as the field IEP sensor are given.

Keywords: statics, induction electrometric converter.

ХРОНИКА

CHRONICLE

ОСЕННИЕ ВЫСТАВКИ 2016 (МОСКВА, “КРОКУС ЭКСПО”) … 69

AUTUMN EXHIBITION 2016 (MOSCOW, “CROCUS EXPO”) … 69

***

УКАЗАТЕЛЬ СТАТЕЙ, ОПУБЛИКОВАННЫХ В ЖУРНАЛЕ “ДАТЧИКИ И СИСТЕМЫ” В 2016 г. … 72

INDEX OF ARTICLES PUBLISHED IN THE JOURNAL "SENSORS AND SYSTEMS" IN 2016 … 72