Датчики и системы,
№ 5, 2021
Sensors
and Systems, N 5, 2021
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
ПРЕДСТАВЛЯЕТ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ “МИФИ” … 3
NATIONAL RESEARCH NUCLEAR UNIVERSITY MEPHI
PRESENTS
Першенков В. С.,
Беляков В. В.,
Громов Е. А., Иванов
И. А., Малкин Е.
К., Матуско
М. А.
ПОРТАТИВНЫЙ ДВУХПОЛЯРНЫЙ СПЕКТРОМЕТР ИОННОЙ ПОДВИЖНОСТИ ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО ОБНАРУЖЕНИЯ ХИМИЧЕСКИ ОПАСНЫХ ВЕЩЕСТВ … 4
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.5.1
Аннотация:
Рассмотрены
узлы
усовершенствованного
варианта
спектрометра
ионной
подвижности
с быстрым
переключением
полярности
дрейфового
поля для
одновременного
обнаружения
широкого
спектра веществ.
Представлены
результаты
детектирования
наиболее
распространенных
веществ, вероятность
возникновения
которых
очень высока
в результате
аварий на
производствах,
выбросов,
пожаров и
других
чрезвычайных
ситуаций.
Ключевые слова: спектрометрия ионной подвижности; двухполярный детектор; дрейфовая труба; химически опасные вещества.
Pershenkov V. S., BelyakovV. V., GromovE.
A., Ivanov I. A., Malkin
E. K., Matusko M. A.
PORTABLE BIPOLAR ION MOBILITY SPECTROMETER FOR
RAPID SIMULTANEOUS OF CHEMICALLY HAZARDOUS SUBSTANCES
Abstract: The structural element of the improved version
of the ion mobility spectrometer with fast switching of the polarity of the
drift field for the simultaneous detection of a wide range of substances are
considered. The results of detection of the most common substances,
formed as a result of industrial accidents, emissions, fires and other
emergencies, are presented.
Keywords: ion mobility spectrometry; bipolar detector; drift tube;
chemically hazardous substances.
Ануфриев Б. Ф., Аблеев А. Н., Мартыненко С. П., Мартыненко С. С.
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ И КОРРОЗИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ … 10
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.5.2
Аннотация:
Предложен
оригинальный
подход к
измерению
толщины
стенки и
определению
величины питтинговой
коррозии
тонкостенных
труб
(например,
оболочек ТВЭЛов).
Методика
основана на
регистрации
частот и
добротностей
окружных резонансных
колебаний
участков
трубы. При
этом
резонансные
частоты
таких
колебаний
зависят от
средней
толщины
оболочки, а их
добротность
– от величины
коррозионных
повреждений.
Ключевые слова: толщина стенки тонкостенных труб, оболочка ТВЭЛа, коррозионные повреждения, ультразвуковой резонансный метод, форма колебаний, резонансные частоты.
Anufriyev B. F., Ableev A.
N., Martinenko S. P., Martinenko
S. S.
ULTRASONIC
SYSTEM FOR MONITORING WALL THICKNESS FND CORROSION DAMAGE OF THIN-WALLED TUBES
Abstract: The original
approach in thickness and pitting corrosion magnitude measuring of thin-walled
tubes (for example, fuel element casing) is proposed. The methodology is based
on recording frequencies and Q-values of the circumferential resonant
vibrations of tube sections. At the same time, the resonant frequencies of such
vibrations depend on the average thickness of the cladding, and their Q-factor
depends on the magnitude of corrosion damage.
Keywords: wall thickness of thin-walled tubes, fuel element casing,
corrosion damage, ultrasonic resonance method, vibration mode, resonant
frequencies.
Мартыненко
С. П., Ануфриев
Б. Ф., Аблеев
А. Н.,
Мартыненко С.
С.
ЭКСПРЕСС-КОНТРОЛЬ
КАЧЕСТВА
ИЗДЕЛИЙ ПОРОШКОВОЙ
МЕТАЛЛУРГИИ … 15
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.5.3
Аннотация:
Рассмотрен метод
контроля
изделий
порошковой
индустрии,
основанный
на анализе
спектра
упругих
резонансных
колебаний
изделий,
который
зависит от их
геометрии,
физико-механических
свойств и дефектности.
Возбуждая и регистрируя
информативные
резонансные
частоты, можно
определять
важнейшие
характеристики
изделий
порошковой
металлургии,
например, топливных
таблеток
(плотность,
трещины, сколы
и т. п.). Время
контроля
одного
изделия не
превышает 1 с,
что
позволяет
встраивать
разработанную
систему
выходного
контроля в
существующие
автоматизированные
линии
производства
без их
существенной
доработки.
Ключевые
слова:
порошковая
металлургия, серийные
изделия, неразрушающий
контроль,
плотность,
дефекты, ультразвуковой
резонансный
метод.
Martinenko S. P., Anufriyev B. F., Ableev A. N., Martinenko
S. S.
EXPRESS QUALITY
CONTROL OF POWDER METALLURGY PRODUCTS
Abstract: The control is based on the analysis of the spectrum of elastic resonant vibrations of
products, which depends on their geometry, physical and mechanical properties
and defects. By exciting and registering informative resonant frequencies, one
can determine the most important characteristics of powder metallurgy products (for example, fuel
pellets), including their density, cracks, chips, etc. The inspection time of one product does not
exceed 1 second, which allows the developed output control system to be integrated into
existing automated production lines without their significant revision.
Keywords: powder metallurgy, serial products, non-destructive testing, density, defects,
ultrasonic resonance method.
Жолондковский В. В.,
Бочаров Ю. И.,
Таранин М. В.,
Бутузов В. А.,
Симаков А. Б.
СРЕДСТВА АППАРАТНОЙ ПОДДЕРЖКИ ВЫЧИСЛЕНИЙ В ОБЛАСТИ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА … 20
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.5.4
Аннотация:
Кратко
рассмотрены
особенности
аппаратных средств
реализации
искусственных
нейронных
сетей.
Приведены
примеры их
применения в
качестве
аппаратных
ускорителей,
программируемых
логических
интегральных
схем,
цифровых и
аналоговых
специализированных
микросхем,
микроконтроллеров,
графических
и тензорных
процессоров.
Ключевые слова: искусственная нейронная сеть, аппаратный ускоритель, ПЛИС, специализированная ИС, микроконтроллер, графический процессор
Zholondkovskiy V. V., Bocharov Yu. I., Taranin
M. V., Butuzov V. A., Simakov
A. B.
HARDWARE SUPPORT FOR COMPUTATIONS IN THE FIELD
OF ARTIFICIAL INTELLIGENCE
Abstract: The review article briefly discusses the features of
the hardware for the implementation of artificial neural networks. Examples of
application as hardware accelerators of programmable logic integrated circuits,
digital and analog application specific integrated circuits, microcontrollers,
graphic and tensor processors are given.
Keywords: artificial neuron network, hardware accelerator, FPGA, ASIC,
microcontroller, graphic processor unit.
Звягин
А. А., Ковшаров
И. Д., Бочаров Ю.
И., Бутузов В. А.
МЕТОДЫ И АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА НАХОЖДЕНИЯ СВОБОДНЫХ РЕГИСТРОВ В СУПЕРСКАЛЯРНЫХ ПРОЦЕССОРАХ … 26
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.5.5
Аннотация:
Дано
сравнение
нескольких
вариантов
схем
нахождения
свободных
регистров
для современных
суперскалярных
процессоров.
Предлагается
еще один
вариант.
Сравниваются
длины
критических
путей и объем
занимаемой
логики.
Ключевые слова: ЦПУ, поиск свободного регистра, суперскалярный процессор, алгоритм Томасуло.
Zvyagin A. A., Kovsharov I. D., Bocharov
Yu. I., Butuzov V. A.
METHODS AND HARDWARE FOR A FREE REGISTER
ALLOCATION IN SUPESCALAR PROCESSORS
Abstract: A comparison of several variants of
schemes for free registers allocation for modern superscalar processors is
given. Another solution is proposed. The lengths of critical paths and the
amount of logic used are compared.
Keywords: CPU, free
register allocation, superscalar, Tomasulo algorithm.
Краснюк А. А., Прозорова
А. Г.
ПОМЕХОУСТОЙЧИВОЕ КОДИРОВАНИЕ В СИСТЕМАХ СБОРА И ОБРАБОТКИ ПОТОКОВЫХ ДАННЫХ … 30
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.5.6
Аннотация:
Представлены
результаты
анализа и
моделирования
элементов и
схем быстродействующего
помехоустойчивого
кодирования
данных для
автономных и
мобильных
измерительных
систем,
которые
могут быть
реализованы
в виде
отдельных
функциональных
блоков и чиплетов.
Ключевые слова: интеллектуальные измерительные системы; китайская теорема об остатках; система остаточных классов; КМОП; сбоеустойчивые системы в остаточных классах.
Krasnyuk A. A., Prozorova A. G.
THE ERROR-CORRECTING CODING IN STREAMING DATA
COLLECTION AND PROCESSING SYSTEMS
Abstract: The article presents a number of
results of analysis and modeling of elements and schemes of high-speed
noise-resistant data encoding for autonomous and mobile measuring systems,
which can be implemented as separate functional blocks and chiplets.
Keywords: smart sensors, Chinese
Remainder Theorem; Residue number systems; RRNS.
Образцов
И. С., Самотаев
Н. Н., Крупин
М. В., Рязанов А.
В.
УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОРОДА В ГАЗОВОЙ СМЕСИ НА ОСНОВЕ ТЕРМОМАГНИТНОГО ЭФФЕКТА … 36
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.5.7
Аннотация:
Рассмотрены
принципы
работы
кислородного
датчика на
основе
термомагнитного
эффекта.
Проанализированы
преимущества
и недостатки
термомагнитных
датчиков
кислорода в
сравнении с
электрохимическими
сенсорами, а
также
представлены
результаты
физико-математического
моделирования
магнитной
системы,
позволившие
значительно
уменьшить
габариты,
энергопотребление
и увеличить
чувствительность
термомагнитного
датчика.
Ключевые слова: парамагнитный газ, диамагнитный газ, кислород, термомагнитная конвекция, напряженность магнитного поля.
Obraztsov I. S., Samotaev N. N., Krupin
M. V., Ryazanov A. V.
A DEVICE FOR MEASURING THE OXYGEN CONTENT IN A
GAS MIXTURE BASED ON THE THERMOMAGNETIC EFFECT
Abstract: This
article describes the principles of operation of an oxygen sensor based on the
thermomagnetic effect, analyzes the advantages and disadvantages of
thermomagnetic oxygen sensors in comparison with chemical sensors, and also
considers the results of physical and mathematical modeling of the magnetic
system of a thermomagnetic sensor, which made it possible to significantly
reduce the size of the device and power consumption, and then same time to
increase its sensitivity.
Keywords: paramagnetic
gas, diamagnetic gas, oxygen, thermomagnetic convection, magnetic field
strength.
Этрекова М. О., Самотаев Н. Н., Литвинов А. В., Михайлов А. А., Подлепецкий Б. И.
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ МДП-КОНДЕНСАТОРОВ С ПАЛЛАДИЕВЫМ ЭЛЕКТРОДОМ К ПАРАМ ТРИНИТРОТОЛУОЛА … 41
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.5.8
Аннотация:
Исследованы
чувствительности
МДП-конденсаторов
на основе
структур
палладий-диэлектрик-кремний
к парам ТНТ.
Показано, что
отклик
МДП-сенсоров
на пары ТНТ
максимален
при
воздействии
температуры
500 °С.
Установлены
значения
минимально
обнаруживаемых
МДП-сенсором
массы и
концентрации
паров ТНТ в
воздухе.
Ключевые слова: МДП-конденсаторы, концентрация газа, газочувствительный датчик, пиролиз, диоксид азота, ТНТ.
Etrekova M. O., Samotaev N. N., Litvinov A. V.,
Mikhailov A. A., Podlepetsky B. I.
SENSITIVITY OF MIS-CAPACITORS WITH PALLADIUM
ELECTRODE TO TRINITROTOLUENE VAPORS
Abstract: The sensitivity of MIS -capacitors
based on palladium-dielectric-silicon structures to TNT vapors has been
investigated.
Keywords: MIS-capacitors,
gas concentration, gas-sensitive sensor, pyrolysis, nitrogen dioxide, TNT.
Барбашов
В. М., Трушкин Н.
С.
ОЦЕНКА РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ БИС НА ФУНКЦИОНАЛЬНО-ЛОГИЧЕСКОМ УРОВНЕ ОПИСАНИЯ … 47
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.5.9
Аннотация:
Рассмотрены
методы
обеспечения
радиационной
стойкости
БИС в виде
статических
и динамических
характеристик,
которые
основаны на
применении
функционально-логического
моделирования
цифровых
интегральных
схем при
воздействии
ионизирующего
излучения.
Ключевые слова: детерминированные и не детерминированные отказы, нечеткие и вероятностные автоматы, риски сбоев.
Barbashov V. M., Trushkin N. S.
ESTIMATION OF LSI RADIATION HARDNESS AT
FUNCTIONAL LOGIC DESCRIPTION LEVEL
Abstract: Methods of ensuring information
security in the form of static and dynamic characteristics, which are based on the
use of functional-logical modeling of large digital integrated circuits (LSI)
under the influence of ionizing radiation, are considered.
Keywords: Deterministic
and non-deterministic failures, fuzzy and probabilistic automata, failure
risks.
Подлепецкий Б. И.
ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ МДП-ТРАНЗИСТОРНЫХ РАДИАЦИОННЫХ ДОЗИМЕТРОВ … 52
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.5.10
Аннотация:
Исследовано
влияние
конструктивно-технологических
параметров n-канальных
МДП-транзисторов
на характеристики
радиационных
дозиметров
на их основе c
использованием
моделей для
различных электрических
схем.
Ключевые слова: МДП-транзистор, ионизирующее излучение, дозиметрический режим, модели погрешностей.
Podlepetsky B. I. Influence
of design and technological parameters on characteristics of
MIS-transistors’ radiation dosimeters
Abstract: The influence of the design and
technological parameters of n-channel
MIS-transistors on the characteristics of radiation dosimeters based on them
using models for various electrical circuits is investigated.
Keywords: MISFET-transistor,
ionizing radiation, dosimeter’ mode, errors’ models.
Мрозовская Е. В., Чубунов
П. А., Зебрев
Г. И.
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ МНОП-ТРАНЗИСТОРНОГО ДАТЧИКА К ДОЗЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НИЗКОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ … 59
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.5.11
Аннотация:
Приведены
результаты
экспериментального
исследования
чувствительности
к дозе
МНОП-транзисторов
при разных
мощностях
доз. Дана
теоретическая
интерпретация
полученных
результатов.
Ключевые слова: МНОП-транзистор, ионизирующее излучение, дозовые эффекты.
Mrozovskaya E. V., Chubunov P. A., Zebrev
G. I.
RADIATION SENSITIVITY OF THE LOW DOSE RATE
DETECTOR BASED ON MNOS-TRANSISTOR
Abstract: The study aims to investigate the dose
sensitivity of MNOS transistor at different dose rates experimentally. We
present obtained results and give the theoretical interpretation according with
previous works.
Keywords: MNOS transistor,
ionizing radiation, radiation effects.
Монастырев
Н. Н., Зебрев
Г. И.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ОДИНОЧНЫХ СБОЕВ В ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМАХ БОРТОВЫХ СИСТЕМ ОТ ТЯЖЕЛЫХ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА … 62
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.5.12
Аннотация:
Рассмотрены
основные
недостатки
классического
подхода к
определению
частоты сбоев
от тяжелых
заряженных
частиц
космического
пространства.
Описана концепция
нового
подхода к
определению
частоты
сбоев в
современных
интегральных
схемах,
используемых
в составе
бортовых
систем
космических
аппаратов. В
рамках
нового подхода
предложена
формула для
параметризации
зависимости
сечения
сбоев,
позволяющая
единообразно
описывать
как
множественные,
так и одиночные
сбои.
Ключевые слова: одиночные сбои, множественные сбои, тяжелые заряженные частицы, сечение сбоев, интегральные схемы.
Monastyrev N. N., Zebrev G. I.
SIMULATION OF HEAVY ION INDUCTED SINGLE EVENT
UPSETS IN ONBOARD INTEGRATED CIRCUITS
Abstract: This work discusses the main
drawbacks of traditional Soft Error Rate (SER) prediction approach as well as
describes the concept of new approach for SER calculation in modern integrated
circuits, which are used in spacecraft onboard systems. Within this new
approach, the new formula for soft error cross section characterization is
proposed. The proposed formula allows describing both single event upsets (SEU)
and multiple cell upsets (MCU) in the same manner.
Keywords: single
event upsets, multiple cell upsets, heavy ions,
upset cross section, integrated circuits.
Куликов
Н. А., Попов В. Д.
ВЛИЯНИЕ СТОК-ИСТОКОВОГО НАПРЯЖЕНИЯ НА ВАХ P-КАНАЛЬНОГО МОП-ТРАНЗИСТОРА ПРИ НИЗКОИНТЕНСИВНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ … 65
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.5.13
Аннотация:
Представлены
результаты
исследования
МОП-транзисторов
с р-каналом
при
воздействии
гамма-излучения
с низкой
интенсивностью,
а также физическая модель
эффекта радиационно-стимулированного
образования
поверхностных
состояний.
Ключевые слова: МОП-транзистор, р-канал, гамма-излучение, низкая мощность дозы.
Kulikov N. A., Popov V. D.
INFLUENCE OF STOCK-SOURCE VOLTAGE ON THE VAC OF
A P-CHANNEL MOS TRANSISTOR UNDER LOW
INTENSITY IMPACT OF GAMMA RADIATION
Abstract: The process research results of surface defect
formation in MOS transistors with a p-channel under the influence of
low-intensity gamma radiation are presented. A physical model of the effect of
the formation of surface states is proposed.
Keywords: MOS transistor,
p-channel, gamma-radiation, low dose rate.
Родин
А. С., Бакеренков
А. С., Першенков
В. С., Фелицын
В. А.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОСТРАДИАЦИОННОЙ РЕЛАКСАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИМС БИПОЛЯРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ … 69
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2021.5.14
Аннотация:
Исследованы
зависимости
входного
тока компаратора
напряжения LM111
от времени в
процессе
послерадиационного
отжига.
Представлена
методика
численного
моделирования
процесса
отжига с учетом
температурного
дрейфа
радиационно-чувствительного
параметра,
основанная
на модели Гуммеля-Пуна
для
биполярного
транзистора.
Ключевые слова: биполярный транзистор, ионизирующее излучение, дозовые эффекты, модель Гуммеля-Пуна.
Rodin A. S., Bakerenkov A. S., Pershenkov
V. S., Felitsyn V. A.
SIMULATION OF POST-RADIATION ANNEALING OF
ELECTRICAL PARAMETERS OF BIPOLAR INTEGRATED CIRCUITS
Abstract: Dependences of LM111 voltage comparator
input current on time during post-radiation annealing are investigated. The
technique based on the Gummel-Poon model of a bipolar
transistor for numerical simulation of the annealing process, taking into account
the temperature drift of the radiation-sensitive parameter is presented.
Keywords: bipolar
transistor, ionizing radiation, radiation effects, Gummel-Poon
model.
***
ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА … 72
HISTORY REFERENCE