Датчики и системы, № 4, 2020
Sensors and Systems, N 4, 2020
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
МОДЕЛИРОВАНИЕ, КОНСТРУИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ
MODELING, DESIGN AND PRODUCTION OF SENSORS, INSTRUMENTS AND SYSTEMS
Бобылев Д. А.
ПОВЫШЕНИЕ ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МНОГОЭЛЕМЕНТНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ ПО МГНОВЕННЫМ ЗНАЧЕНИЯМ ПЕРЕХОДНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ … 3
Аннотация: Предложен метод подавления периодических помех и полиномиального тренда при измерении параметров многоэлементных двухполюсников по мгновенным значениям их переходной характеристике. Метод основан на замене мгновенных значений интегрально-взвешенными. Представлены критерии синтеза весовых функций, а также рассмотрены возможности метода и их ограничения.
Ключевые слова: параметры многоэлементных двухполюсников, переходная характеристика, линейные преобразования, частотная характеристика.
Bobylev D. A.
IMPROVING OF THE NOISE IMMUNITY OF METHODS FOR MEASURING MULTICOMPONENT TWO-TERMINAL NETWORK PARAMETERS BY INSTANTANEOUS VALUES OF THE TRANSFER CHARACTERISTIC
Abstract: The method of suppression of periodic noise and polynomial trend for the measurement of multicomponent two-terminal networks parameters by instantaneous values of their transient response is proposed. The method is based on the replacement of instantaneous values by integral-weighted ones. The criteria for the synthesis of weight functions as well as the possibilities of the method and its limitations are presented.
Keywords: parameter, multicomponent two-terminal network, parameter, transient response, linear transformations, frequency response.
Бобылев Д. А., Боровских Л. П.
ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ МЕТОДОВ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ МНОГОЭЛЕМЕНТНЫХ ДВУХПОЛЮСНИКОВ
Аннотация: Рассмотрены основные методы параметрической идентификации многоэлементных двухполюсников. Приведена общая математическая модель представления указанных методов, в рамках которой даны оценки их помехоустойчивости.
Ключевые слова: многоэлементный двухполюсник, импульсная характеристика, иммитанс, частотная характеристика.
Bobylev D. A., Borovskikh L. P.
NOISE IMMUNITY OF PARAMETRIC IDENTIFICATION METHODS FOR TWO-TERMINAL NETWORKS
Abstract: The main methods of parametric identification of multi-element one-ports are considered. A General mathematical model for the representation of these methods is given, within which estimates of their noise immunity are given.
Keywords: multi-element two-pole, pulse response, immitance, frequency response.
Будько М. Б., Будько М. Ю., Гирик А. В., Грозов В. А., Ярошевский Д. С.
ПОКАЗАНИЯ ИНЕРЦИАЛЬНЫХ ДАТЧИКОВ КИБЕРФИЗИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ КАК ИСТОЧНИК СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ
Аннотация: Представлено исследование методов и подходов получения случайных чисел в киберфизических системах с использованием инерциальных датчиков, находящихся в составе этих систем. В работе производилась оценка качества битовой последовательности путем определения статистических свойств случайной последовательности. Получение случайной последовательности осуществлялось в двух режимах – в состоянии покоя и в полете. По результатам исследования данных, полученных в состоянии покоя, было определено, что показания МЭМС-датчиков пространственного положения, использующихся в инерциальных измерительных модулях киберфизических систем, обладают невысокой энтропией, и для их применения в качестве источника для генерации случайных последовательностей необходима дополнительная постобработка. Данные, полученные в полете, обладают лучшими статистическими характеристиками, что говорит о более высоком качестве полученной последовательности. В дальнейшем планируется совершенствование методов постобработки, которые позволят улучшить характеристики битовой последовательности.
Ключевые слова: киберфизическая система, истинно случайные последовательности, случайные числа, инерциальные датчики, источник энтропии.
Budko M. B., Budko M. U., Guirik A. V., Grozov V. A., Iaroshevskii D. S.
DATA FROM INERTIAL SENSORS OF A CYBER-PHYSICAL SYSTEM AS A RANDOM NUMBER SOURCE
Abstract: The purpose of the paper is to study methods and approaches for obtaining random numbers in cyberphysical systems using inertial sensors that are part of these systems. Assessment of the bit sequence quality by determining the statistical properties of the random sequence was carried out in the paper. Obtaining a random sequence was produced in two modes – at rest and in flight. It was determined that data obtained at rest have low entropy. Such sequences require additional post-processing for their use as a source for the randomness. The data obtained in flight have better statistical characteristics, which indicates a higher quality of the sequence. In the future, it is planned to improve the post-processing methods to improve the characteristics of the bit sequence.
Keywords: cyber-physical system, truly random sequences, random numbers, inertial sensors, entropy source.
Рыжиков М. Б., Бестугин А. Р., Новикова Ю. А., Киршина И. А.
ПРИМЕНЕНИЕ АНТЕНН С НЕСИММЕТРИЧНОЙ ДИАГРАММОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ В БОРТОВЫХ МЕТЕОНАВИГАЦИОННЫХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЯХ
Аннотация: В качестве источника предупреждения об опасности полетов летательных аппаратов малой авиации используются радиолокационные станции X-диапазона. Предложены два критерия для сравнения эффективности применения для этой цели бортовых антенн с разной диаграммой направленности. Первый из них позволяет оценить изменение мощности аддитивных помех, которые возникают при переотражениях от подстилающей поверхности, а второй – оценить само изменение мощности полезного сигнала. Приведены результаты моделирования, доказывающие улучшение условий радиолокационного обнаружения при применении антенны с несимметричной диаграммой направленности и пониженным уровнем боковых лепестков в нижней полусфере.
Ключевые слова: бортовая радиолокационная станция, антенна, несимметричная диаграмма направленности, метеообразование.
Ryzhikov M. B., Bestugin А. R, Novikova Yu. А., Kirshina I. А.
APPLICATIONS OF ANTENNAS WITH ASYMMETRIC PATTERN DIAGRAM IN ONBOARD WEATHER RADARS
Abstract: Improving the flight safety of small aircraft is directly related to the crew receiving operational information about the meteorological situation on the flight course. X-band radar stations are used as a source of hazard warning. This article offers two criteria for comparing the effectiveness of using onboard antennas with different directional patterns for this purpose. The first of them allows to estimate the change in the relative power of the useful signal reflected from meteorological formations, the power of additive noise, which occurs when the reflection from the underlying surface, and the second to the thread itself change the power of the useful signal. The results of modeling are presented, which allow us to evaluate changes in radar detection conditions when using an antenna with an asymmetric directional pattern and a reduced level of side lobes in the lower hemisphere.
Keywords: onboard radar station, antenna, asymmetric directional pattern, weather formation.
Егоров В. В., Калинин А. П., Родионов И. Д., Родионов А. И., Родионова И. П.
АВИАЦИОННАЯ СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ОЧАГОВ ПОЖАРОВ И НАВЕДЕНИЯ НА НИХ НОСИТЕЛЯ ОГНЕГАСЯЩЕЙ ЖИДКОСТИ
Аннотация: Рассмотрена авиационная система, предназначенная для обнаружения очагов пожара, определения их координат и наведения на них носителя огнегасящей жидкости. Работа системы основана на использовании монофотонного УФ-С-сенсора, способного определять угловые координаты источника ультрафиолетового излучения. Рассмотрен состав системы и принципы ее функционирования.
Ключевые слова: авиационная система, очаг пожара, УФ-С-сенсор, угловые координаты, огнегасящая жидкость.
Egorov V. V., Kalinin A. P., Rodionov I. D., Rodionov A. I., Rodionova I. P.
AVIATION SYSTEM FOR DETECTING, DETERMINING THE COORDINATES OF FIRE POINTS AND GUIDANCE OF THE FIRE EXTINGUISHING FLUID CARRIER ON THEM
Abstract: The aviation UV-C system for detecting fires, determining their coordinates and pointing the carrier of extinguishing fluid to them is considered. It is based on the use of a monophoton UV-C sensor capable of determining the angular coordinates of a source of ultraviolet radiation. The composition of the system and the principles of its functioning are considered.
Keywords: aviation system, fire, UV-C sensor, angular coordinates, fire extinguishing fluid.
Клишин Г. Ю.
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА СТАТОЭРГОМЕТРИЧЕСКОГО ТЕСТИРОВАНИЯ ЛЕТНОГО СОСТАВА
Аннотация: Представлена перспективная информационно-измерительная система статоэргометрического тестирования летного состава и ключевые алгоритмы обработки информации, обеспечивающие возможность качественного проведения статоэргометрической пробы одним врачом.
Ключевые слова: статоэргометрическое тестирование, информационно-измерительная система, статоэргометр, тестирование летного состава.
Klishin G. Yu.
INFORMATION-MEASURING SYSTEM OF STATOERGOMETRIC TESTING OF FLIGHT CREWS
Abstract: The article presents a promising information-measuring system of statoergometric testing of flight crews and key information processing algorithms that provide the possibility of a high-quality statoergometric test by one doctor.
Keywords: statoergometric testing, information-measuring system, statoergometer, flight crew testing.
***
Представляет АО “Концерн “Океанприбор”
ISC “Concern “Oсeanpribor” presents
Казутина М. Е., Криницкий С. А., Охрименко С. Н., Рубанов И. Л.
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ОБНАРУЖЕНИЯ ЦЕЛИ ПРИ ИНТЕГРАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ ПОДВОДНОГО НАБЛЮДЕНИЯ НАДВОДНОГО КОРАБЛЯ
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2020.4.6
Аннотация: Рассмотрен вопрос количественной оценки повышения эффективности обнаружения цели при интеграции информационных систем подводного наблюдения надводного корабля.
Ключевые слова: интеграция, системы подводного наблюдения надводного корабля, вероятность правильного обнаружения.
Kazutina M. E., Krinitsky S. A., Ochrimenko S. N., Rubanov I. L.
ESTIMATION EFFICIENCY OF SOLUTION PROBLEM FINDING OUT OBJECT UNDER INTEGRATION INFORMATION SYSTEMS OF UNDERWATER SEARCHING BY SURFACE SHIP
Abstract: In this article the problem of efficiency finding out object under integration information systems of underwater searching by surface ship is considered.
Keywords: integration, systems of underwater searching by surface ship, probability by right discovering of target.
Богородский А. В.
ГИДРОАКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ РЕЛЬЕФА ПОДВОДНЫХ ЧАСТЕЙ АЙСБЕРГОВ
Аннотация: Рассмотрен возможный способ построения судовой активной гидроакустической системы, обеспечивающей оперативное, дистанционное получение информации, необходимой для создания трехмерных геометрических моделей подводных частей дрейфующих айсбергов. В качестве датчиков гидролокационной информации о подводных частях айсбергов (ПЧА) предложено использовать два гидролокатора, осуществляющих вертикальное и наклонное зондирование поверхности ПЧА – эхолот и интерферометрический (фазовый) гидролокатор бокового обзора.
Ключевые слова: айсберг, гидролокация, форма подводной части айсберга.
Bogorodskiy A. V.
SONAR SYSTEM OF REMOTE MEASUREMENT OF THE RELIEF OF ICEBERG UNDERWATER PARTS
Abstract: The possible way of creation of a ship active sonar system providing operational, remote obtaining information necessary for creation of three-dimensional geometrical models of underwater parts of drifting icebergs is considered. As sensors of sonar information on the iceberg underwater parts it is offered to use two sonars carrying out vertical and inclined sounding of the surface of iceberg underwater parts – an echo sounder and an interferometric (phase) side-scan sonar.
Keywords: iceberg, hydrolocation, shape of an iceberg underwater part.
***
Крылов А. А.
ОСОБЕННОСТИ ИДЕНТИФИКАЦИИ СМЕЩЕНИЯ НУЛЯ В ГИРОИНЕРЦИАЛЬНОМ БЛОКЕ НА МИКРОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ДАТЧИКАХ
Аннотация: Приведены способы идентификации смещения нуля микроэлектромеханических гироскопов и акселерометров с учетом различной наблюдаемости параметров при позиционировании относительно сторон света. Предложены способы учета нестабильности параметров МЭМС-датчиков и шума нулевого сигнала.
Ключевые слова: калибровка ГИБ, смещение нуля, МЭМС-датчики, наблюдаемость погрешностей.
Krylov A. A.
SPECIALITIES OF ZERO OFFSET IDENTIFYING IN INERTIAL MEASUREMENT UNIT BASED ON MICROELECTROMECHANICAL SENSORS
Abstract: The paper presents calibration method for MEMS gyroscope and accelerometer zero bias, taking into account parameter observability in different positions relative to the cardinal points. Methods for accounting MEMS sensor instability and zero signal noise are proposed.
Keywords: IMU calibration, zero offset of MEMS sensor, error observability.
Зацерклянный О. В., Панич А. Е.
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ДАТЧИКОВ ВИБРАЦИИ И АКТЮАТОРОВ В УСТРОЙСТВАХ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ
Аннотация: Описаны физические принципы и требования к системе возбуждения и измерения параметров колебаний вибропреобразователя плотномера. Рассмотрены основные параметры пьезокерамических материалов, определяющие характеристики актюаторов и датчиков вибрации. Представлены критерии выбора оптимальных пьезоматериалов для применения в вибропреобразователях плотности с расширенным диапазоном рабочих температур. Проанализированы экспериментальные данные, подтверждающие оптимальность выбора пьезоматериалов.
Ключевые слова: вибропреобразователь, плотномер, пьезокерамические материалы, актюаторы, пьезоэлектрические датчики механических величин, пьезомодуль, пьезоэлектрические коэффициенты, диэлектрическая проницаемость, высокотемпературные пьезоматериалы.
Zatserklyannyi O. V., Panich A. E.
PIEZOELECTRIC MATERIALS FOR VIBRATION SENSORS AND ACTUATORS IN LIQUIDS AND GASES MEASUREMENT DEVICES
Abstract: Described were physical principles and requirements for an excitation system and measurement system of fluctuations parameters of a density meter vibrations transducer. Main parameters of piezoceramic materials which determine characteristics of actuators and vibration sensors were reviewed. Criteria of determination for the optimal piezomaterials utilized in vibrations transducers with extended range of working temperatures were presented. Experimental evidence confirming optimality of choosing piezomaterials.
Keywords: vibrations transducer, density meter, piezoceramic materials, actuators, piezoelectric sensor, piezomodulus, piezoelectric coefficients, dielectric permittivity, high-temperature piezomaterials.
Алферов В. Н., Бритвич Г. И., Васильев Д. А., Костин М. Ю., Лутчев А. В., Сухих А. В., Федорченко В. Н., Черниченко С. К., Янович А. А.
РАДИАЦИОННЫЙ МОНИТОР НА ОСНОВЕ ЛИТЬЕВЫХ ПОЛИСТИРОЛЬНЫХ СЦИНТИЛЛЯТОРОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СПЕКТРОСМЕЩАЮЩИХ ВОЛОКОН
DOI: 10.25728/datsys.2020.4.10
Аннотация: Представлен радиационный монитор, выполненный на основе литьевого полистирольного сцинтиллятора со сбором света с помощью спектросмещающего оптоволокна, обладающий большой светосилой. Размеры активной части детектора составляют 100×200×5 см3. В состав монитора входит ТВ камера, ведущая видеофиксацию транспортного средства при превышении порогового уровня скорости счета. Монитор предназначен для контроля несанкционированной транспортировки радиоактивных веществ и ядерных материалов.
Ключевые слова: радиационный монитор, сцинтиллятор, спектросмещающее оптоволокно, фотоэлектронный умножитель.
Alferov V. N., Britvich G. I., Vasiliev D. A., Kostin M. Iu., Lutchev A. V., Sukhikh A. V., Fedorchenko V. N., Chernichenko S. K., Ianovich A. A.
RADIATION PORTAL MONITOR BASED ON CAST POLYSTYRENE SCINTILLATOR
Abstract: The papers cover a radiation monitor with high aperture ratio. The monitor’s active volume is 100×200×5 cm. The light within the entire scintillator volume is collected with wave-length shifting fibers and sent to two photomultipliers. The monitor includes also TV camera and control system. In is intended to control unauthorized transportation of radioactive and nuclear materials.
Keywords: radiation monitor, scintillator, wavelength-shifting fiber, photomultiplier tube.
Захаренко В. А., Шахова А. Г., Шкаев А. Г.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДАТЧИК ОБНАРУЖЕНИЯ
DOI: 10.25728/datsys.2020.4.11
Аннотация: Разработан электромагнитный бесконтактный датчик обнаружения повышенной чувствительности, работающий на принципе насыщения сердечника трансформатора под действием внешнего магнитного поля. Описана работа датчика, его конструктивное исполнение, приведены функциональная и электрическая схемы. Представлены результаты эксплуатации опытных образцов датчиков в технологическом процессе производства технического углерода для контроля за вращением сушильных барабанов.
Ключевые слова: бесконтактный датчик обнаружения, насыщение сердечника, магнитопровод, постоянный магнит, ферритовый сердечник, сушильный барабан.
Zakharenko V. A., Shahova A. G., Shkayev A. G.
ELECTROMAGNETIC DETECTION SENSOR
Abstract: An electromagnetic contactless sensor for detecting increased sensitivity is developed, which operates on the principle of saturation of the transformer core under the influence of an external magnetic field. The sensor operation, its design version are described, functional and electrical circuits are shown. Results of operation of prototype sensors in process of production of technical carbon for control over rotation of drying drums are presented.
Keywords: contactless detection sensor, core saturation, magnetic core, permanent magnet, ferrite core, drying drum.