Датчики и системы, № 4, 2018

Sensors and Systems, N 4, 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

 

 

 

Завадский В. К., Иванов В. П., Каблова Е. Б., Кленовая Л. Г., Муранов А. А.

ТЕРМИНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РАСХОДОВАНИЕМ ТОПЛИВА ЖИДКОСТНЫХ РАКЕТ-НОСИТЕЛЕЙ (ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ОТ Р-7 ДО СОВРЕМЕННЫХ РН "СОЮЗ", РН "АНГАРА") … 3

Аннотация: Изложена ретроспектива создания при участии Института проблем управления Российской академии наук (ИПУ РАН) широкого класса систем управления расходованием топлива жидкостных ракет-носителей. Описываются основные этапы совершенствования принципов построения, алгоритмов управления, технических решений и технологий проектирования таких систем.

Ключевые слова: системы управления расходованием топлива, ракета-носитель, терминальное управление, датчики уровней, расходомеры, датчик давления в камере сгорания, датчик давления наддува в баке.

 

Zavadsky V. K., Ivanov V. P., Kablova E. B., Klenovaya L. G., Muranov A. A.

TERMINAL CONTROL SYSTEMS OF FUEL CONSUMPTION OF LIQUID CARRIER ROCKETS (DEVELOPMENT HISTORY FROM R-7 TO THE MODERN LAUNCH VEHICLES "SOUZ", "ANGARA") … 3

Abstract: In article the creation retrospective with participation is explained to V. A. Trapeznikov Institute of Control Sciences of Russian Academy of Sciences of a wide class of control systems of fuel consumption of liquid carrier rockets. The main stages of principles perfecting of construction, control algorithms, technical solutions and technologies of such systems projection are described.

Keywords: control systems of fuel consumption, the carrier rocket, terminal control, sensors of levels, flowmeters, a pressure unit in a combustor, a pressurization pressure unit in a tank.

 

 

Савенков А. П.

О ЦЕЛЯХ ПРИМЕНЕНИЯ БЕСКОНТАКТНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ … 17

Аннотация: Проведено обобщение и классификация целей применения бесконтактных измерений. Рассмотрены такие неблагоприятные следствия контакта средства и объекта измерения как их взаимное разрушающее воздействие, влияние средства на результат измерения, значительные затраты времени и материалов на проведение измерений и др. Показаны различия целей применения бесконтактных и неинвазивных методов измерений. Текст работы позволяет установить необходимость применения бесконтактных методов при решении конкретной измерительной задачи.

Ключевые слова: бесконтактный метод, измерение, контакт, цель, неинвазивный.

 

Savenkov A. P.

ON THE OBJECTIVES OF NON-CONTACT MEASUREMENTS … 17

Abstract: The generalization and classification for objectives of applying the non-contact measurements are preformed. The adverse effects of contact of a measuring instrument with an object of measurement, such as, their mutual destructive influence, the effect of measuring instrument on the result of measurements, significant spend of time and materials on measurements, etc., are considered in this paper. The differences in the objectives of applying the non-contact and non-invasive methods of measurements are shown. The text of the article allows determining the necessity of applying the non-contact methods during the solving of actual measurement problem.

Keywords: non-contact (contactless) method, measurement, contact, purpose, non-invasive.

 

 

Голяев Ю. Д., М Иванов. А., Колбас Ю. Ю., Крутиков А. П., Кузнецов Е. В., Соловьева Т. И.

ИНЕРЦИАЛЬНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ БЛОКИ НА ОСНОВЕ ДАТЧИКОВ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ НА ЗЕЕМАНОВСКИХ ЛАЗЕРНЫХ ГИРОСКОПАХ И ДАТЧИКОВ ЛИНЕЙНОГО УСКОРЕНИЯ НА КВАРЦЕВЫХ АКСЕЛЕРОМЕТРАХ … 22

Аннотация: Рассмотрены конструктивные и программно-алгоритмические принципы построения инерциальных измерительных блоков на основе датчиков угловой скорости и ускорения – зеемановских лазерных гироскопов и кварцевых акселерометров. Описан метод повышения точности измерений с использованием квазичетырехчастотного режима работы зеемановского лазерного гироскопа, математических алгоритмов, обеспечивающих полную компенсацию дрейфа лазерного гироскопа, и алгоритмов компенсации ошибок акселерометров с периодической калибровкой аналого-цифровых преобразователей. Представлены конструктивные решения, обеспечивающие повышение технологичности и ремонтопригодности блоков.

Ключевые слова: инерциальный измерительный блок, датчик, зеемановский лазерный гироскоп, кварцевый акселерометр, алгоритм, программное обеспечение.

 

Golyaev Yu. D., Ivanov M. A., Kolbas Yu. Yu., Krutikov A. P., Kuznetsov E. V., Soloveva T. I.

THE CONSTRUCTION OF THE INERTIAL MEASUREMENT UNITS WITH SENSORS OF ANGULAR RATE ON ZEEMAN LASER GYROS AND SENSORS OF LINEAR ACCELERATION ON QUARTZ ACCELEROMETERS … 22

Abstract: The principles of design and software algorithms development for the inertial measurement units (IMU) with Zeeman laser gyros and quartz accelerometers as the sensors of angular rate and acceleration are considered. Design solutions for IMU manufacturability and maintainability are presented. The methods of IMU accuracy improving based on quasifourmode operation of Zeeman laser gyro, mathematical algorithms, providing the laser gyroscope drift compensation, and algorithms to compensate errors of the accelerometers with periodic calibration of the analog-to-digital converters are described.

Keywords: inertial measurement unit, sensor, Zeeman laser gyro, quartz accelerometer, algorithm, software.

 

 

 

 

 

КОНСТРУИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ

 

DESIGN AND PRODUCTION OF SENSORS, DEVICES AND SYSTEMS

 

 

 

Зотов А. М., Короленко П. В., Яцеев В. А.

АЛГОРИТМЫ БЫСТРОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ИНТЕРФЕРОМЕТРА ФАБРИ-ПЕРО … 29

Аннотация: Рассмотрены возможности повышения чувствительности и скорости измерений сигналов в системе из оптоволоконного интерферометра Фабри-Перо и оптического спектрометра. Выделены проблемы математической обработки данных, полученных спектрометром. Предложены и реализованы на практике алгоритмы, позволяющие обеспечить динамический диапазон измерений базы интерферометра порядка 104–105 при точности единицы нанометра и способы калибровки для настройки системы при изменении характеристик спектрометра.

Ключевые слова: оптоволоконный интерферометр Фабри-Перо, волоконный спектрометр, прецизионные измерения, алгоритм обработки спетрометрических данных.

 

Zotov A. M., Korolenko P. V., Yatseev V. A.

ALGORITHM OF FAST PROCESSING OF FABRY-PERROT CAVITY SENSOR SPECTER SIGNAL … 29

Abstract: The possibilities of fast high precision measurements in a system consisting of a fiber-optic Fabry-Perot interferometer and an optical spectrometer are discussed. Problems associated with the procedure for mathematical processing of measurement data obtained by a spectrometer is singled out. Suggested and implemented in practice math algorithms that significantly improve the accuracy and speed of processing measurements. The dynamic range of measurements 104–105 achieved. Sensitivity of the order of 1 nanometer is reached. Methods for calibrating necessary for tuning an arbitrary spectrometer for measurements with Fabry-Perot sensors are presented.

Keywords: Fabry-Perrot cavity sensor, fiber optic spectrometer, precision measurement, algorithm of spectrometer data processing.

 

 

Сухинец Ж. А.

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ ДАТЧИК УРОВНЯ И МАССЫ ЖИДКИХ СРЕД В РЕЗЕРВУАРАХ … 34

Аннотация: Рассмотрен способ построения интеллектуального датчика уровня и массы жидких сред в резервуарах с использованием емкости конденсатора, образованного плавающей крышей и дном резервуара, в качестве одного из элементов фазирующей цепочки встроенного в генератор. Использование функционального АЦП и микроконтроллера, а также каналов коррекции температуры окружающей среды и содержания влаги в нефтепродуктах позволяет повысить точность измерения не только уровня, но и массы нефтепродуктов. Выходной частотный информативный сигнал позволяет передавать информацию по двухпроводной линии на значительные расстояния, а способ его получения обеспечивает непрерывный мониторинг нефтехранилищ.

Ключевые слова: интеллектуальный датчик, уровень, функция преобразования, частота квазирезонанса, емкость, температура, влага.

 

Sukhinets Zh. A.

INTELLIGENT SENSOR OF LEVEL AND MASS OF LIQUID MEDIUM IN RESERVOIRS … 34

Abstract: A method of developing an intelligent sensor of level and mass of liquid medium in reservoirs, using capacitor’s capacitance, performed by floating roof and bottom of reservoir as one of the elements of the phasing chain built into the generator has been observed. The use of a functional ADC and a microcontroller, as well as channels for correcting the ambient temperature and moisture content in petroleum products, makes it possible to improve the accuracy of measuring not only the level, but also the mass of petroleum products. The output frequency information signal allows information to be transmitted over a two-wire line over considerable distances, and the method of obtaining it is to conduct continuous monitoring of oil storage facilities.

Keywords: intelligent sensor, level of liquid, conversion function, quasi-resonance frequency, capacitance, temperature, moisture.

 

 

Петров В. Г., Амиантов А. С., Гарбацевич В. А.

ПРОСТАЯ СИСТЕМА КАЛИБРОВКИ МАГНИТОМЕТРОВ … 41

Аннотация: Разработана и реализована простая система калибровки датчиков магнитного поля с использованием традиционных колечных систем типа Гельмгольца, позволяющая выполнять ее с точностью лучше 0,01 %. Система не требует использования дорогостоящих высокостабильных программируемых источников тока и систем компенсации внешних вариаций магнитного поля Земли. Представлены результаты калибровки цифровых магнитовариационных станций и показаны возможности расширения их динамического диапазона.

Ключевые слова: магнитометры, калибровка.

 

Petrov V. G., Amiantov A. C., Garbatsevich V. A.

A SIMPLE SYSTEM FOR MAGNETOMETER CALIBRATION 41

Abstract: The simple system for calibration of a magnetic field sensors based on using a traditional coil systems like Helmholtz coils is developed and realized. The system allows to carry out calibration with an accuracy better than 0. 01%. It does not require the use of expensive high-stable programmable current sources and systems of compensation of external magnetic field variations. Results of the calibration of digital magneto-variation stations and a possibility of expansion of their dynamic range are presented.

Keywords: magnetometer, calibration.

 

 

Соловьев Д. С., Соловьева И. А., Литовка Ю. В., Арзамасцев А. А., Коробова И. Л.

СИСТЕМА ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ НАНЕСЕНИЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ В МНОГОАНОДНОЙ ВАННЕ С РАЗЛИЧНЫМИ ЗНАЧЕНИЯМИ СИЛЫ ТОКА … 47

Аннотация: Предложен новый подход к улучшению качества гальванический покрытий, заключающийся в подборе оптимальных значений силы тока в многоанодной ванне. Ставится задача оптимального управления с целью достижения наименьшей неравномерности распределения слоя покрытия за наименьшую длительность процесса. Для реализации оптимального управления предлагается трехуровневая схема системы управления силой тока для гальванического процесса, протекающего в многоанодной ванне. Детально рассмотрен алгоритм работы среднего уровня системы управления на основе закона ПИД-регулирования, реализуемого посредством программируемого логического контроллера. Приведены результаты имитационного моделирования работы системы управления силой тока в двуханодной гальванической ванне для изделия сложной конфигурации.

Ключевые слова: система управления, структурная схема, задача оптимального управления, ПИД-регулирование, программируемый логический контроллер, технологический процесс, гальваническое покрытие, многоанодная ванна, различные значения силы тока.

 

Solovjev D. S., Solovjeva I. A., Litovka Yu. V., Arzamastsev A. A., Korobova I. L.

OPTIMUM CONTROL SYSTEM FOR TECHNOLOGICAL PROCESSES OF ELECTRODEPOSITION IN A MULTIANODE BATH WITH VARIOUS VALUES OF CURRENTS 47

Abstract: The paper considers existing approaches to improving the quality of galvanic coatings by selecting optimal technological and design parameters. The revealed shortcomings are taken into account in the new approach proposed by the authors to improve the quality of galvanic coatings, which consists in the selection of optimal values of the current in a multianode bath. For this approach, the problem of optimal control is put in order to achieve the least unevenness of the distribution of the coating layer for the shortest duration of the process. A three-level scheme of the current control system for a electrodeposition in a multianode bath is proposed for the implementation of optimal control. The algorithm of operation for the middle level of the control system based on the PID-regulation law, which is implemented by a programmable logic controller, is considered in detail. Results of simulation modeling of the current control system operation in a two anodes galvanic bath for a product with complex configuration are presented.

Keywords: control system, structural scheme, problem of optimal control, PID control, programmable logic controller, technological process, galvanic coating, multianode bath, various values of currents.

 

 

Белопухов В. Н., Боровик С. Ю., Кутейникова М. М., Подлипнов П. Е., Секисов Ю. Н., Скобелев О. П.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИАЛЬНЫХ ЗАЗОРОВ В ГАЗОТУРБИННОМ ДВИГАТЕЛЕ С САМОКОМПЕНСАЦИЕЙ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ДАТЧИК … 53

Аннотация: Предложен способ измерения радиальных зазоров между торцами лопаток и статором газотурбинного двигателя в процессе вращения рабочего колеса с помощью одновиткового вихретокового датчика с чувствительным элементом в виде отрезка проводника. Измерения производятся путем фиксации экстремальных значений индуктивности первичной обмотки согласующего трансформатора датчика в моменты прохождения чувствительного элемента торцом контролируемой лопатки и центром межлопаточного промежутка и вычислением разности полученных результатов, не зависящей от температурных воздействий на датчик. Описана измерительная цепь, анализируются особенности ее функционирования, дается оценка погрешностей и рассматриваются возможности их уменьшения.

Ключевые слова: cпособ измерения, радиальные зазоры, самокомпенсация температурных воздействий, одновитковый вихретоковый датчик, измерительная цепь, оценка погрешностей, уменьшение погрешностей в планируемой реализации метода.

 

Belopukhov V. N., Borovik S. Yu., Kuteynikova M. M., Podlypnov P. E., Sekisov Yu.N., Skobelev O.P.

THE METHOD FOR MEASURING OF RADIAL CLEARANCES IN GAS-TURBINE ENGINE WITH SELFCOMPENSATION OF TEMPERATURE EFFECT ON SENSOR … 53

Abstract: The method for measuring of radial clearances between blades tips and a stator in gas-turbine engine with the help of single-coil eddy-current sensors with sensitive elements made as a conductor strip. Fixing of difference of extreme values of equivalent primary inductance of sensor’s matching transformer at the moments when the sensor is over the controlled tip and the sensor is over the blades spacing measured values’ gives temperature independent result. The description of the measuring circuit that realized the method is given. Errors estimates and the ways of their reducing are given.

Keywords: measuring method, radial clearances, selfcompensation of temperature effect, single-coil eddy-current sensor, measuring circuit, error estimate, error reducing.

 

 

 

 

 

ИЗМЕРЕНИЯ, КОНТРОЛЬ, АВТОМАТИЗАЦИЯ (журнал в журнале)

 

MEASUREMENT, CONTROL, AUTOMATION (Journal in journal)

 

 

 

Грановский В. А.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕТРОЛОГИЯ: ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВА … 60

Аннотация: Проанализированы с учетом источников развития теоретической метрологии основные ее проблемы, сгруппированные в соответствии со структурой общего определения метрологии. Анализ в основном опирается на неразрывную связь теоретической метрологии с прикладной и законодательной ветвями метрологии, а также на представление о научной метрологии как основы метрологической деятельности в интересах обеспечения национальной системы измерений.

Ключевые слова: метрология, теоретический, прикладной, законодательный, измерение, проблема, система.

 

Granovskij V. A.

THEORETICAL METROLOGY: PROBLEMS AND PERSPECTIVES … 60

Abstract: Theoretical metrology problems, grouped in accordance with the structure of metrology general definition, are analysed taking into account theoretical metrology development sources. The analysis is based fundamentally on a closed theoretical metrology connection with applied and legal branches of metrology, and the treatment of scientific metrology as the base of metrological activity in the interests of national measurement system.

Keywords: metrology, theoretical, applied, legal, measurement, problem, system.

 

 

БИБЛИОГРАФИЯ+ … 68

 

BIBLIOGRAPHY+ … 68

 

 

 

 

ХРОНИКА

 

CHRONICLE

 

ВЫСТАВКА СРЕДСТВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ … 71

 

EXHIBITION OF NON-DESTRUCTIVE TESTING AND TECHNICAL DIAGNOSTICS TOOLS 71