Датчики и системы, № 4, 2017

Sensors and Systems, N 4, 2017

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

ОБЗОРЫ

REVIEWS

Мешалкин В. П., Дови’ М.-С., Ходченко С. М., Кантюков Р. Р.

ОПТИМИЗАЦИЯ ЭНЕРГОРЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТИ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ СИСТЕМ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ … 3

Аннотация: Впервые проведен системный анализ современных математических моделей и алгоритмов как набора компьютерных инструментальных средств поддержки принятия решений по экономико-экологической и организационно-структурной оптимизации сложных цепей поставок (ЦП) природного газа и систем газоснабжения (СГС). Впервые обоснована возможность применения, с целью существенного сокращения вычислительных затрат, упрощенных математических моделей сложных СГС и ЦП нефтегазохимического комплекса с применением смешанного целочисленного линейного программирования.

Ключевые слова: многокритериальная эколого-экономическая оптимизация, смешанное целочисленное линейное и нелинейное программирование, системы газоснабжения, энергоресурсоэффективность, экологическая безопасность, цепи поставок, нефтегазохимический комплекс.

Meshalkin1 V. P., Dovi’ M.-S., Khodtchenko S. M., Kantyukov R. R. … 3

OPTIMIZATION OF ENERGY AND RESOURCE EFFICIENCY AND ENVIRONMENTAL SAFETY OF GAS SUPPLY SYSTEMS

Abstract: When optimizing gas supply systems (GSS) of the oil and gas chemical complex it is necessary to take into account market mechanisms, organizational and functional structure and modes of multi-period supply chains operation of oil and gas chemical enterprises and GSS, as well as environmental and economic indicators. The solution of this actual problem requires the development of special mathematical models and algorithms of stochastic multi-objective optimization, which were not previously considered and generalized. For the first time, a system analysis of modern mathematical models and algorithms as a set of computer tools for decision-making support on economic-ecological and organizational-structural optimization of complex natural gas supply chains and GSS was carried out. For the first time, for the purpose of a significant reduction in computing costs, the possibility of using simplified mathematical models of complex GSS and mixed-integer linear programming was substantiated.

Keywords: multi-objective ecological and economic optimization, Mixed-Integer Linear and Nonlinear Programming, gas transmission systems, еnergy and resource efficiency, environmental safety, supply chains, oil and gas chemical complex.

КОНСТРУИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ

DESIGN AND PRODUCTION OF SENSORS, DEVICES AND SYSTEMS

Скворцов О. Б.

ДАТЧИКИ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НИЗКОЧАСТОТНОЙ ВИБРАЦИИ … 16

Аннотация: Приведены рекомендации по выбору датчиков для контроля низкочастотных вибраций, в том числе акселерометров. Обсуждаются возможности применения датчиков различных типов при измерении низкочастотных вибраций низкого уровня.

Ключевые слова: вибрация, сейсмодатчик, акселерометр, вихретоковый, тензорезистивный, емкостной датчик, ускорение, скорость, перемещение, шум.

Skvortsov O. B.

MEASUREMENTS OF LOW FREQUENCY VIBRATION … 16

Abstract: A comparative analysis of various types vibration sensors is presented. The recommendations on the choice of low-frequency vibration sensors, in particular the accelerometers for equipment vibrations monitoring are given.

Keywords: vibration, seismic sensors, accelerometer, eddy current, strain gauge, capacitive sensor, acceleration, velocity, displacement, noise.

Блокин-Мечталин Ю. К., Муриев Б. Д., Сабреков В. А., Лангваген С. Е., Маслов М. Ю.

ПРЕЦИЗИОННЫЕ ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЕ МОДУЛИ НА ПЛАТФОРМЕ PXI … 21

Аннотация: Описаны прецизионные тензометрические модули стандарта PXI на основе сигма-дельта преобразователя с высоким разрешением, низким уровнем шумов и возможностью питания мостовых датчиков постоянным и знакопеременным напряжением. Приводится структурное, схемотехническое и конструктивное построение модулей, тестовое программное обеспечение, результаты метрологических исследований и основные технические характеристики.

Ключевые слова: стандарт PXI, тензометрические модули, сигма-дельта преобразователи, программное обеспечение.

Blokin-Mechtalin Y. K., Muriev B. D., Sabrekov V. A. Langvagen S. E., Maslov M. Yu.

PRECISION STRAIN-GAUGE MODULES ON THE PXI PLATFORM … 21

Abstract: Precision strain-gauge modules developed in the PXI platform are described built on the basis of sigma-delta converters with a high resolution, low noise and the possibility to supply strain-gauge sensors with alternating or direct current. Structural, schematic design and construction of the modules, test software, metrological research results and basic specifications are presented.

Keywords: PXI, strain-gauge modules, sigma-delta converter, software.

Потапов Т. В., Жамалетдинов Н. М., Демин А. Н.

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК МАГНИТНОГО ПОЛЯ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА С МИНИАТЮРНЫМ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ НА ОСНОВЕ BI₁₂GEO₂₀ … 26

Аннотация: Проведен анализ возможностей создания волоконно-оптического датчика магнитного поля и электрического тока с миниатюрным чувствительным элементом на основе Bi₁₂GeO₂₀. Предложена и реализована конструкция такого датчика. Испытания показали, что при минимально возможных габаритах датчик имеет пороговую чувствительность по магнитному полю примерно 45 А/м/Гц^1/2 или 0,6 Э/Гц^1/2 на частоте измерения 87 Гц. Быстродействие датчика составило ≈ 10^–6 с. Полученные характеристики датчика позволяют говорить о его востребованности и широких перспективах применения для измерений магнитного поля и электрического тока в различных областях науки и техники.

Ключевые слова: магнитное поле, электрический ток, волоконно-оптический датчик, погрешность измерения.

Potapov T. V., Zhamaletdinov N. M., Domin A. N.

FIBER-OPTIC MAGNETIC FIELD SENSOR AND ELECTRIC CURRENT WITH A MINIATURE SENSITIVE ELEMENT ON THE BASIS OF BI₁₂GEO₂₀ … 26

Abstract: The analysis of possibilities of establishing a fiber-optic magnetic field sensor and electrical current with a miniature sensing element based on Bi₁₂GeO₂₀. Proposed and implemented the design of the sensor. Test showed that the minimum possible dimensions the sensor has a threshold sensitivity to the magnetic field or the measurement frequency of 87 Hz, the performance of the sensor amounted to ≈ 10^–6 s. the Obtained characteristics of the sensor allow to speak about its relevance and broad application prospects for measuring magnetic field and electric current in various fields of science and technology.

Keywords: magnetic field, electric current, fiber optic sensor, measurement uncertainty.

Сухинец Ж. А., Гатчин Ю. А., Гулин А. И.

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩАЯ СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗОВ В ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЯХ … 31

Аннотация: Рассмотрен способ измерения температуры газовых потоков с применением струйно-акустических датчиков, позволяющих повысить быстродействие на три порядка в сравнении термопреобразователями. Фазовая автоподстройки частоты в предложенной схеме электронно-перестраиваемого фильтра значительно упрощает процесс выделения первой гармоники из полигармонического сигнала датчика, способствует повышению точности и быстродействия обработки информации. Разработанный блок обработки информации позволяет реализовать дифференциальную схему включения двух измерительных каналов и сохранять работоспособность схемы при отказе одного из них.

Ключевые слова: температура, струйно-акустический датчик, частота, быстродействие, канал измерения, электронно-перестраиваемый фильтр.

Sukhinets Zh. А., Gatchin Y. А., Gulin А. I.

FAST MEASUREMENT TEMPERATURE SYSTEM OF GASES FOR GAS TURBINE ENGINE … 31

Abstract: A system of measurement of gas flows temperature using jet-acoustic sensors is proposed which is faster in the three orders compared to thermocouples. In the system electronically tunable filter is used with automatic phase locked loop simplifying the first harmonic selection from polyharmonic signal, which increases the accuracy and speed of information processing. Developed information processing unit allows to realize differential circuit with two measurement channels, so the system will continue to operate in case of failure in one of them.

Keywords: temperature, jet-acoustic detector, frequency, fast measurement, measuring channel, electronically tunable filter.

Ермаков И. Д., Краснов В. Г., Ермаков Д. И., Щербатов И. А.

АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕРМАЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ В ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯХ ГРУНТОВ ВОДОЕМОВ … 36

Аннотация: Описана методика оценки с помощью разработанного комплекса термального фона участков поверхностного слоя дна на примере северной части Каспийского моря. Приведена схема измерений для оценки термального фона. Изложен прием обработки экспериментальных данных с прогнозированием дальнейших значения температур для повышения точности измерений.

Ключевые слова: термальный фон; термометр; прибор; установившийся режим; экстраполяция; анализ.

Ermakov I. D., Krasnov V. G., Ermakov D. I., Sherbatov I. A.

HARDWARE-SOFTWARE RESEARCH OF THERMAL PROCESSES IN THE SURFACE SOIL LAYERS OF WATER BODIES … 36

Abstract: A description of the method for evaluation of the thermal background of the surface layer portions in the northern part of the Caspian Sea is given. A technique for the analysis of experimental temperature data about the bottom soil layer with forecasting future values of temperature, research tool and its characteristics are described.

Keywords: thermal background; thermometer; instrument; block diagram; steady state; extrapolation; analysis.

Антоненков Д. А.

ПРИМЕНЕНИЕ ВИДЕОРЕГИСТРАЦИИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ДОННЫХ НАНОСОВ … 41

Аннотация: Рассмотрена методика определения параметров движения донных наносов, основанная на обработке видеоизображений водной среды. Описаны технические средства для проведения измерений параметров движения донных наносов с применением видеорегистрации. Приведены полученные в ходе лабораторных и натурных испытаний результаты.

Ключевые слова: скорость движения частиц, донные наносы, влекомые наносы, транспорт наносов, обработка видеоизображений.

Antonenkov D. A.

VIDEO RECORDING APPLICATION FOR BEDLOAD MOTION VELOCIMETRY … 41

Abstract: The article considers the methods for determining the bedload motion parameters based on aquatic environment video processing. The applicability of existing image processing methods for determining the motion speed of objects on an imageis estimated. The technique and the technical means developed for carrying out bedload motion parameters measuring applying video recording are described. The laboratory and full-scale tests results obtained are presented.

Keywords: particles motion speed, bedload, bedload sediment, load transport, video processing.

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ПУБЛИЦИСТИКА

SCIENTIFIC AND TECHNICAL PUBLICISM

Мордасов М. М., Савенков А. П., Чечетов К. Е.

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕРМИНА “БЕСКОНТАКТНЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ” … 47

Аннотация: Предпринята попытка сформировать адекватное понимание термина “бесконтактный метод измерения”, определение которого отсутствует в современных документах по стандартизации. Показано отличие термина применительно к активным и пассивным величинам. Рассмотрены особенности использования термина при наличии и отсутствии отбора проб, в условиях неразрушающего контроля. Приведены уточнения понятий “контакт”, “элемент средства измерения” и “объект измерения” при проведении бесконтактных измерений.

Ключевые слова: бесконтактный, метод, измерение, контакт, вещественный, величина, отбор пробы.

Mordasov M. M., Savenkov A. P., Chechetov K. E.

SPECIAL ASPECTS OF APPLYING THE TERM “NON-CONTACT METHOD OF MEASUREMENT” … 47

Abstract: The article attempts to form an adequate understanding of the term “non-contact method of measurement”, the definition of which is absent in actual documents on standardization. The contrast in the use of the term for active and passive values is shown. The details of applying the term in the presence and absence of sampling, and during non-destructive testing are considered. Specifications of the concepts “contact”, “element of measuring instrument” and “measurement object” in respect to the conduct of non-contact measurement are presented.

Keywords: non-contact (contactless), method, measurement, contact, material, quantity, sampling.

ХРОНИКА

CHRONICLE

Смирнов С. В.

КРАТКИЙ ОБЗОР НАУЧНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ XVI МЕЖДУНАРОДНОЙ МОЛОДЕЖНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ "СИСТЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА И УПРАВЛЕНИЯ ЭТАПАМИ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОДУКТА" (CAD/CAM/PDM–2016) … 53

Аннотация: Представлены краткие научные результаты участников XVI Международной молодежной конференции "Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта" (CAD/CAM/PDM – 2016) по следующим направлениям: пленарные; организация структур технических и программных средств проектирования и управления, средства взаимодействия, структуры данных, виртуальная реальность; проектирование в машиностроении и электронике; системы управления этапами жизненного цикла промышленного продукта, PDM-системы; инженерные расчеты,CAE-системы.

Ключевые слова: CAD-, PDM-, PLM-системы; САПР; 3D-моделирование; технологии; проектирование; графовая модель; жизненный цикл (ЖЦ); технологическая подготовка производства; система; структуры данных; числовое программное управление (ЧПУ); функционально-воксельное моделирование (ФВМ); автоматизация производства; программное обеспечение; международные стандарты; робототехника.

Smirnov S. V.

SHORT REVIEW OF SCIENTIFIC RESULTS OF THE INTERNATIONAL YOUTH CONFERENCE "SYSTEMS OF DESIGN, TECHNOLOGICAL PREPARATION OF PRODUCTION AND CONTROL OF STAGES OF LIFE CYCLE OF AN INDUSTRIAL PRODUCT" (CAD/CAM/PDM–2016) … 53

Abstract: In article short scientific results of internal participants of the XVI International Youth Conference "Systems of Design, Technological Preparation of Production and Control of Stages of Life Cycle of an Industrial Product" are provided (CAD/CAM/PDM – 2016). Scientific results are provided in the following directions: plenary; organization of structures technical and software of design and control, handshaking, data structures, the virtual reality; design in mechanical engineering and electronics; management systems stages of life cycle of an industrial product, PDM system; engineering calculations, CAE systems.

Keywords: CAD, PDM and PLM systems; CAD; 3D simulation; technologies; design; graph model; life cycle (LC); technological preparation of production; system; data structures; numerical control (NC); functional-voxel simulation (FVS); industrial automation; software; international standards; robotic technology.