Датчики и системы, № 3, 2018

Sensors and Systems, N 3, 2018

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

ТЕОРИЯ И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ

THEORY AND CONSTRUCTION PRINCIPLES OF SENSORS, DEVICES AND SYSTEMS

Будко П. А., Винограденко А. М., Гойденко В. К., Тимошенко Л. И. … 3

МЕТОД МНОГОМЕРНОГО СТАТИСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Аннотация: Представлен метод многомерного статистического комплексного контроля и диагностики радиоэлектронного оборудования образцов вооружения, военной и специальной техники (ВВСТ), основанный на анализе, комплексировании измерительной информации, поступающей от тепловизора, датчиков напряженности магнитного поля, напряжения и влажности воздуха, а также статистическом контроле параметров наблюдаемого оборудования. Решение задачи контроля и диагностики основано на проведении мониторинга изменения среднего уровня многопараметрического процесса путем построения карт Хотеллинга. Для совмещения показаний различных типов датчиков использован метод, основанный на сетке выбросов и Байесовском выводе, модифицированный для построения трехмерной модели технического состояния радиоэлектронного оборудования робототехнического комплекса на основе поверхности точек. Предложенный метод позволяет повысить достоверность результатов идентификации технического состояния контролируемого оборудования необитаемых (необслуживаемых) образцов ВВСТ и расширить область применения технических средств контроля и диагностики.

Ключевые слова: радиоэлектронное оборудование, комплексирование измерительной информации, статистический контроль, карта Хотеллинга, датчики.

Budko P. A., Vinogradenko A. M., Goydenko V. K., Timoshenko L. I.

METHOD OF MULTIDIMENSIONAL STATISTICAL CONTROL OF TECHNICAL CONDITION OF THE RADIO-ELECTRONIC EQUIPMENT ON THE BASIS OF THE INTEGRATION OF INDICATIONS OF SEVERAL TYPES OF SENSORS … 3

Abstract: In materials of article the method of multidimensional statistical complex control and diagnostics of the radio-electronic equipment of samples of arms, the military and special equipment based on the analysis, an integration of the measuring information arriving from the thermal imager, sensors of tension of magnetic field, tension and humidity of air and also statistical control of parameters of the observed equipment is presented. The solution of a problem of control and diagnostics is based on carrying out monitoring of change of the average level of multiple parameter process by creation of cards of Hotellinga. For combination of indications of various types of sensors the method based on a grid of emissions and the Bayesian conclusion, modified for creation of three-dimensional model of technical condition of the radio-electronic equipment of a robotic complex on the basis of a surface of points is used. The offered method of multidimensional statistical control of technical condition of the radio-electronic equipment allows to increase reliability of results of identification of technical condition of the controlled equipment of uninhabited (unattended) samples of VVST and to expand a scope of technical means of control and diagnostics.

Keywords: radio-electronic equipment, integration of measuring information, statistical control, Hotellinga card, sensors.

Николаев А. В., Пискаев К. Ю., Ляшенко А. В., Юрманова С. В.

ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ И ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА ΣΔ-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ СИСТЕМЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ СОСТОЯНИЯ ИЗДЕЛИЙ РКТ … 11

Аннотация: Рассмотрены основные процессы преобразования в ΣΔ-АЦП во временной области. Получен ряд оригинальных результатов, изложены элементы теории и инженерного расчета преобразователей, что позволяет разрабатывать унифицированные средства измерений параметров изделий РКТ.

Ключевые слова: ΣΔ-АЦП; функция преобразования ΣΔ-АЦП; шум квантования ΣΔ-АЦП.

Nikolaev A. V., Piskaev K. Yu., Lyashenko A. V., Yurmanova S. V.

ELEMENTS OF THE THEORY END ENGINEERING CALCULATION OF ΣΔ-CONVERTERS OF THE IDENTIFICATION SYSTEM OF THE STATE OF ROCKET-SPACE EQUIPMENT … 11

Abstract: In this paper we consider the main processes of conversion into ΣΔ-ADCs in the time domain, which allowed to obtain a number of additional results and begin to create elements of the theory of engineering calculation of converters for unified means of measuring of RSE products parameters.

Keywords: ΣΔ-ADC; the conversion function of the ΣΔ-ADC; quantization noise ΣΔ-ADC.

Колмогоров О. В.

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПОГРЕШНОСТИ СИСТЕМ СРАВНЕНИЯ ШКАЛ ВРЕМЕНИ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ СВЯЗИ … 19

Аннотация: Представлена математическая модель погрешности систем сравнений шкал времени, предназначенных для синхронизации шкал времени пространственно удаленных эталонов с использованием волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Показано, что разработанная математическая модель позволяет проводить теоретическую оценку погрешностей разрабатываемых систем сравнений шкал времени по ВОЛС на основе данных о характеристиках аппаратуры в составе систем.

Ключевые слова: математическая модель погрешности, синхронизация, система сравнений шкал времени, волоконно-оптическая линия связи, таймер событий, эталон единиц частоты и времени, измерения интервалов времени.

Kolmogorov O. V.

MATHEMATICAL MODEL OF THE ERROR OF SYSTEMS FOR COMPARING TIME SCALES USING FIBER-OPTIC COMMUNICATION LINES … 19

Abstract: The mathematical model of the error of time scales comparisons systems designed to synchronize the time scales of spatially remote standards using fiber-optic communication lines. It is shown that the developed mathematical model allows to make a theoretical estimation of errors of the developed systems of comparisons of time scales on fiber-optic communication lines on the basis of data on the characteristics of equipment of systems.

Keywords: mathematical model of error, synchronization, time scales comparison system, fiber-optic communication line, event timer, standard of frequency and time, measurement of time intervals.

КОНСТРУИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ

DESIGN AND PRODUCTION OF SENSORS, DEVICES AND SYSTEMS

Веснин В. Л., Низаметдинов А. М., Иванов О. В., Черторийский А. А.

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ БРЭГГОВСКИЕ РЕШЕТКИ КАК СПЕКТРАЛЬНО-СЕЛЕКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРИ ОБРАБОТКЕ СИГНАЛА ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО БРЭГГОВСКОГО ДАТЧИКА … 27

Аннотация: Рассмотрена система обработки сигнала волоконно-оптической брэгговской решетки на основе спектрально-селективного элемента в виде пары брэгговских решеток-фильтров в датчике деформации или температуры. Проведено численное моделирование системы и представлены результаты экспериментального исследования опытного образца, изучена передаточная характеристика системы, исследовано влияние шумов.

Ключевые слова: волоконно-оптическая брэгговская решетка, обработка сигналов, передаточная характеристика.

Vesnin V. L., Nizametdinov A. M., Ivanov O. V., Chertoriyskiy A. A.

APPLICATION OF FIBER-OPTIC BRAGG GRATINGS AS SPECTRAL-SELECTIVE ELEMENTS FOR SIGNAL PROCESSING OF FIBER-OPTIC BRAGG SENSOR … 27

Abstract: A signal processing system for a fiber-optic Bragg grating used as a deformation or temperature sensor is considered. The system is based on a spectral-selective element consisting of a pair of Bragg gratings. Numerical simulation of the system is carried out and results of experimental study of its prototype are presented. The transfer characteristics of the system and the effect of noise are studied in detail. It is shown that the proposed signal processing system can be a good alternative to more expensive systems based on polychromators or tunable lasers in the case where it is necessary to process the signal from only one Bragg sensor.

Keywords: fiber-optic Bragg grating, signal processing, transfer characteristic.

Лагуткина Д. Ю., Марков М. Г., Сайкин М. С.

МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ МАГНИТОЖИДКОСТНЫМ ДАТЧИКОМ УГЛА НАКЛОНА … 33

Аннотация: Разработана схема и программное обеспечение микропроцессорной системы управления магнитожидкостным датчиком угла наклона. На основании экспериментальных исследований получена выходная характеристика датчика.

Ключевые слова: микроконтроллер, магнитожидкостный датчик, чувствительный элемент, постоянный магнит, магнитная жидкость.

Lagutkina D. Yu., Markov M. G., M. S. Saykin M. S.

DEVELOPMENT OF MICROPROCESSOR CONTROL SYSTEM OF MAGNETIC-LIQUID ANGLE SENSOR … 33

Abstract: The microprocessor control system of magnetic-liquid angle sensor with a software system was developed based on the microcircuit. The output characteristic of the sensor was obtained on the ground of experimental studies.

Keywords: microcontroller, magnetic fluid sensor of angle, sensor element, permanent magnet, magnetic fluid.

Крупин М. В., Федорова А. В.

ТЕРМОМАГНИТНЫЙ ДАТЧИК ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ КИСЛОРОДА В ГАЗОВОЙ СМЕСИ … 39

Аннотация: Описаны устройство и принцип работы термомагнитного датчика для определения концентрации кислорода в газовой смеси на основании косвенных измерений магнитной восприимчивости кислорода. Приведены результаты экспериментальных исследований по установлению зависимостей выходного напряжения измерительного моста от концентрации кислорода в азоте (при использовании азотно-кислородной смеси при определенном давлении и различных входных напряжениях), а также по определению влияния температуры газовой смеси на показания датчика и по определению зависимости показаний датчика от давления воздуха.

Ключевые слова: термомагнитный датчик кислорода; газоанализатор кислорода; определение концентрации кислорода; магнитная восприимчивость кислорода.

Krupin M. V., Fedorova A. V.

THERMOMAGNETIC SENSOR FOR DETERMINING THE CONCENTRATION OF OXYGEN IN A GAS MIXTURE … 39

Abstract: The article describes construction and operation principle of the thermomagnetic sensor for determining the oxygen concentration in the gas mixture, based on indirect measurements of the oxygen magnetic susceptibility. The results of experimental studies to establish the dependency of the output voltage of the measuring bridge upon the concentration of oxygen in nitrogen-oxygen mixture at a certain pressure, temperature and different input voltages are given.

Keywords: thermomagnetic oxygen sensor; oxygen gas analyzer; determination of oxygen concentration; magnetic susceptibility of oxygen.

Маслов А. А., Прохоренков А. М., Совлуков А. С., Яценко В. В.

РАДИОЧАСТОТНЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ДВУХ ЖИДКОСТЕЙ В ЕМКОСТИ … 43

Аннотация: Рассмотрен радиочастотный метод определения положения границы раздела различных сред, в частности жидкостей с разными плотностями, содержащихся в емкостях одна над другой. Метод обеспечивает инвариантность результатов измерения к электрофизическим параметрам как одной, так и обеих сред. Метод реализуется с применением, соответственно, двух и трех отрезков длинной линии.

Ключевые слова: измерение, радиочастотный, емкость, жидкость, граница раздела.

Maslov A. A., Prokhorenkov A. M., Sovlukov A. S., Yatsenko V. V.

RADIOFREQUENCY METHOD FOR DETERMINATION OF INTERFACE POSITION BETWEEN TWO LIQUIDS IN TANKS … 43

Abstract: Radiofrequency method for determination of interface position between two media, that are liquids with different densities in particular, in a tank one above the other. The method is realized via application of two sections of coaxial transmission line and one section of two-conductor transmission line formed by outer conductors of the coaxial transmission lines. The method provides determination of interface position between two liquids in a tank independently on electrical parameters of both liquids.

Keywords: measurement, radiofrequency, tank, liquid, interface position.

Мордасов М. М., Савенков А. П., Сычев В. А., Мозгова Г. В.

ЛАЗЕРНЫЙ ТРИАНГУЛЯЦИОННЫЙ ДЕТЕКТОР РАССТОЯНИЯ ДО ЗЕРКАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ … 49

Аннотация: Описан бесконтактный детектор расстояния до зеркальной поверхности с сигнализацией достижения заданного значения, в котором повышение точности измерения обеспечивается дифференциальным включением фотоприемников. Даны рекомендации по конструированию детектора. Приведен алгоритм установки лабораторного оборудования на заданное расстояние относительно поверхности жидкости с использованием предлагаемого детектора.

Ключевые слова: бесконтактный, жидкость, расстояние, измерение, сигнализация, детектор, позиционирование.

Mordasov M. M., Savenkov A. P., Sychev V. A., Mozgova G. V.

LASER TRIANGULATION DETECTOR OF DISTANCE TO A SPECULAR SURFACE … 49

Abstract: The description of a non-contact detector of distance to a specular surface providing the indication of a predetermined value is presented. The basic circuit diagram of the distance detector, which ensures an increase in the measurement accuracy by means of photo-receivers differential connection implementation, is shown. An algorithm for positioning the laboratory equipment at a predetermined distance to a liquid surface using the proposed detector is considered. The recommendations for designing the detector are given.

Keywords: non-contact, liquid, distance, measurement, indication, detector, positioning.

***

В порядке обсуждения

In order of discussion

Морозов В. П.

МЕМБРАННЫЕ ДАТЧИКИ И СОЕДИНЕНИЕ ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ … 54

Аннотация: Обсуждаются новые теоретические положения и технические решения, содержащиеся в монографии “Датчики физических величин на основе оптических соединений и переходов в волоконных световодах”.

Ключевые слова: оптоэлектронный датчик, функция преобразования, давление, уровень жидкости, оптические соединители.

Morozov V. P.

DIAPHRAGM SENSORS AND THE CONNECTION OF FIBER LIGHT GUIDES … 54

Abstract: The points of issue in article are new theoretical statements and technical solutions containing in the monograph “Sensors of quantities on the base of connections and adapters in fiber light guides”.

Keywords: optoelectronic sensor, conversion function, pressure measurement, liquid level gage, optic connectors.

ИЗМЕРЕНИЯ, КОНТРОЛЬ, АВТОМАТИЗАЦИЯ (журнал в журнале)

MEASUREMENT, CONTROL, AUTOMATION (Journal in journal)

Касаткин С. И., Амеличев В. В., Жуков Д. А., Костюк Д. В., Тахов В. С.

МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫЕ БИОСЕНСОРЫ … 57

Аннотация: Рассмотрены принципы действия и современное состояние магниторезистивных биосенсоров, а также методы их исследования и результаты разработок чувствительных элементов с целью обнаружения конкретных инфекций. Отражено активно развивающееся направление разработки магниторезистивных чипов с жидкостными каналами.

Ключевые слова: магниторезистивный биосенсор, спин-вентильный и спин-туннельный магниторезистивный эффект, жидкостные каналы.

Kasatkin S. I., Amelichev V. V., Zhukov D. A. Kostjuk D. V., Tahov V. S.

MAGNETORESISTIVE BIOSENSORS … 57

Abstract: The review considers the principles of the action of magnetoresistive biosensors and the current state with their research and development at the stage of detection of specific infections. The actively developing direction of development of magnetoresistive chips with liquid channels is reflected.

Keywords: magnetoresistive biosensor, spin-valve and spin-tunnel magnetoresistive effect, liquid channels.

БИБЛИОГРАФИЯ+ … 71

BIBLIOGRAPHY+ … 71