2015 год, №2

Содержание выпуска
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ С ТОРЦЕВЫМ СОПРЯЖЕНИЕМ РАСТРОВ
Дмитриенко Алексей Геннадиевич, Нефедьев Дмитрий Иванович, Трофимов Алексей Анатольевич
Стр. 3 — 9
Рассмотрена конструкция многооборотного электромагнитного датчика больших линейных перемещений, который имеет такие достоинства, как сравнительно небольшие габаритные размеры, не зависящие от измеряемого перемещения, и высокая устойчивость к воздействию механических перегрузок, обусловленная применением электромагнитного растрового чувствительного элемента. Разработана схема замещения магнитной цепи датчика с торцевым нониусным сопряжением поверхностей статора и ротора, для поиска связи между параметрами схемы и выходными характеристиками применен метод контурных токов. Предложены выражения для расчета магнитной проводимости в рабочих зазорах датчиков перемещений с торцевым сопряжением зубцовых растров для однородного поля с введением поправочных коэффициентов, учитывающих потоки с торцевых поверхностей и боковых граней выступов ротора и статора, позволяющие разработать методику расчета конструктивных параметров чувствительных элементов растровых датчиков перемещений.
ВОПРОСЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ДАТЧИКОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СРЕД
Михайлов Петр Григорьевич, Сазонов Александр Олегович, Ожикенов Касымбек Адильбекович
Стр. 10 — 18
Задачи исследования физических процессов в условиях повышенных температур становятся все более актуальными по мере развития инновационных технологий, освоения новой продукции и пр. Примерами областей, где востребованы высокотемпературные датчики давления (ВДД) могут служить атомно-энергетический комплекс, ракетно-космическая техника, авиация, металлургия, химическая промышленность и т.д. При этом максимальные температуры измеряемой среды могут быть от 150 до 1500 оС кратковременного или длительного характера. Рассмотрены и проанализированы особенности работы ВДД, использующие различные физические принципы преобразования. Отмечено, что традиционные ВДД, оснащенные системой жидкостного охлаждения, имеют ограниченное применение и, в большинстве своем, не могут использоваться на ответственных объектах. Показано, что важнейшими задачами при разработке ВДД являются выбор и исследование высокотемпературных функциональных материалов, которые используются в чувствительных элементах датчиков (ЧЭД) для преобразования давления высокотемпературных газовых и жидких сред в электрическую величину. Проведен анализ существующих в настоящее время моно- и поликристаллических высокотемпературных материалов и технологий формирования на их основе ЧЭД. Отмечено, что для датчиков пульсаций давления и быстропеременных давлений перспективными материалами являются монокристаллические пьезоэлектрики: лангасит и лангатат.
К ВОПРОСУ О ВЫБОРЕ МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ МАССОВОГО РАСХОДА КРИОГЕННЫХ ЖИДКОСТЕЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ РАСХОДОМЕРОВ
Баранов Александр Сергеевич, Фролов Михаил Алексеевич, Трофимов Алексей Анатольевич
Стр. 19 — 26
В современных условиях быстроразвивающихся технологий необходимо оперативно и наиболее точно подходить к процессу проектирования и разработки новой датчико-преобразующей аппаратуры (ДПА). Зачастую определение метода измерения того или иного параметра является не самой легкой задачей. Использование современных методов компьютерного анализа (САЕ-анализа) позволяет предварительно оценить работоспособность того или иного метода в кратчайшие сроки, отсечь нерациональные варианты и приступить к разработке будущего изделия. Применение CAE-анализа при разработке расходомера позволило выбрать верный путь дальнейшего проектирования прибора. В статье исследовано влияние физико-химических характеристик криогенных жидкостей на работу расходомера. Полученные результаты имеют практическое применение в области исследования криогенных жидкостей и их характеристик.
ОБЗОР И КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ РЕЧЕВЫХ СИГНАЛОВ В СИСТЕМАХ РАСПОЗНАВАНИЯ РЕЧИ
Алимурадов Алан Казанферович, Чураков Петр Павлович
Стр. 27 — 35
Актуальность и цели. Работа в области обработки речевых сигналов ведется достаточно активно. Представлены аналитический обзор и классификация существующих методов обработки, применяемых в системах распознавания речи. Материалы и методы. Обзор выполнен на основе аналитического исследования методов обработки, использующих различные виды анализа речевых сигналов. Результаты. Представлена классификация методов обработки в частотной, временной и частотно-временной областях, применяемых в задачах фильтрации, сегментации, определения и распознавания речевых сигналов. Выводы. Проведенный обзор и представленная классификация позволяют объективно оценить возможности существующих методов обработки; предварительно дать оценку возможности применения новых математических аппаратов в задачах обработки речевых сигналов в системах распознавания речи.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПАРИРОВАНИЯ ГАРМОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИХ ПАРАМЕТРОВ
Мелентьев Владимир Сергеевич, Иванов Юрий Михайлович, Юдина Елена Георгиевна
Стр. 36 — 44
Объектом исследования являются параметры гармонических сигналов (ПГС): среднеквадратические значения напряжения и тока, активная и реактивная мощности. Предметом исследования являются методы определения ПГС, основанные на формировании дополнительных сигналов, сдвинутых относительно входных по фазе. Целью работы является разработка нового метода измерения ПГС, который использует сравнение входного и дополнительного напряжений, исключает возможность возникновения частотной погрешности формирования дополнительного сигнала и обеспечивает возможность начала измерения в произвольный момент времени. Для определения основных ПГС используются мгновенные значения как входных сигналов, так и дополнительного напряжения, что позволяет сократить время измерения. При анализе погрешности, обусловленной отклонением реальных сигналов от гармонической модели, используется методика, основанная на оценке погрешности результата измерения параметра как функции, аргументы которой заданы приближенно с погрешностью, соответствующей отклонению модели от реального сигнала. Предложен подход к определению ПГС на основе компарирования входного и дополнительного напряжений. Использование такого подхода позволило разработать метод, который в отличие от большинства известных методов, основанных на формировании дополнительных сигналов, использует только одно дополнительное напряжение и исключает возможность возникновения частотной погрешности фазосдвигающего блока. При реализации разработанного метода используются только три аналого-цифровых преобразователя, что сокращает аппаратурные затраты. Полученные в работе результаты позволяют оценивать погрешность определения параметров при отклонении входных сигналов от гармонической модели, а также выбирать параметры измерительного процесса в соответствии с требованиями по точности измерения.
ВЫБОР МЕТОДОВ СПЕКТРАЛЬНОГО ОЦЕНИВАНИЯ ДЛЯ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ
Кузнецов Сергей Алексеевич, Мясникова Мария Геннадьевна, Панов Алексей Павлович, Цыпин Борис Вульфович
Стр. 45 — 51
Кратко рассмотрены проблемы определения динамических характеристик датчиков давления. Проанализированы основные методы спектрального оценивания. Рассмотрены преимущества и недостатки данных. Описана система контроля динамических характеристик датчиков давления. Приведено описание программного обеспечения для идентификации динамических характеристик датчиков давления по отклику на импульсное воздействие. Представлены результаты обработки исследования датчика давления с использованием разработанного программного обеспечения. Приведены основные расчетные соотношения для вычисления амплитудно-частотной характеристики и спектров сигналов с использованием дискретного преобразования Фурье и метода Прони.
О ПРИМЕНИМОСТИ МЕТОДА ИМПЕДАНСНОГО АНАЛИЗА ДЛЯ КОРРЕКЦИИ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ПОГРЕШНОСТИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ
Маланин Владимир Павлович, Кикот Виктор Викторович
Стр. 52 — 56
Рассмотрены актуальность проблемы и существующие методы повышения точности измерений динамических давлений. Проанализированы электрофизические параметры различных пьезоматериалов. Описан эксперимент, проведенный с целью подтверждения применимости метода импедансного анализа пьезоэлементов для коррекции температурных погрешностей пьезоэлектрических датчиков давления. Особое внимание уделено применению этого метода при коррекции воздействий термоудара на точность измерений динамических давлений. Отмечено, что преимуществами реализации схемно-конструктивной коррекции на основе метода импедансного анализа являются повышение точности серийно выпускаемых и вновь проектируемых датчиков, а также расширение температурного диапазона работы этих датчиков.
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ДАТЧИКИ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ, МОДЕЛИ И КОНСТРУКЦИИ
Ломтев Евгений Александрович, Михайлов Петр Григорьевич, Аналиева Ажар Уразбаевна, Сазонов Александр Олегович
Стр. 57 — 65
Исследованы принципы построения многофункциональных датчиков (МФД) физических величин (ФВ), основанных на различных физических эффектах. Определены критерии информационно-энергетической и технологической совместимости преобразования различных величин одним датчиком, выбраны базовые методы совмещенного преобразования неэлектрических величин. Доказано, что наиболее «гибкими» с точки зрения многообразия физических эффектов, которые могут быть использованы в МФД ФВ, являются микроэлектронные датчики (МЭД). МЭД могут использоваться для одновременного измерения таких параметров, как давление и температура, давление и вибрации, ускорения и скорости, ускорения и температуры. Особенно актуально наличие в одном датчике канала давления и температуры, так как эти параметры являются наиболее распространенными при измерениях на практике. При этом для многофункциональных МЭД может быть получена высокая селективность измерений при малых габаритах, высокой точности и малом энергопотреблении самих датчиков. Приведены структурные схемы многофункциональных датчиков с различными принципами преобразования. Приведены модели МФД ФВ. Предложена классификация физически совместимых принципов преобразования различных параметров. Показаны конкретные примеры реализации полупроводниковых и пьезоэлектрических МФД ФВ.
РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ДЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ
Тычков Александр Юрьевич, Чураков Петр Павлович
Стр. 66 — 71
Актуальность и цели. Актуальность приведенных исследований обусловлена необходимостью разработки нового поколения устройств функциональной диагностики, для контроля за состоянием слухового аппарата человека. В результате проведенных работ разработаны генераторы акустических сигналов, позволяющие диагностировать и контролировать состояние слуха человека в условиях дополнительных внешних шумов и при воздействии акустических импульсов разной частоты. Материалы и методы. В качестве методов проектирования виртуальных приборов генерации акустических сигналов для функциональной диагностики использовались методы графического проектирования в среде LаbVIЕW, позволяющие разработать виртуальный прибор и провести его натурные испытания. Результаты. Результатами проведенных исследований являются спроектированные устройства генерации акустических сигналов. Выводы. В работе приведены решения по проектированию виртуальных приборов и систем для функциональной диагностики человека, в частности слухового аппарата. Использование современной элементной микропроцессорной базы позволит на основе спроектированных устройств разработать полноценный медицинский диагностический комплекс.
ОРГАНИЗАЦИЯ БЕСПРОВОДНОГО ПРОТОКОЛА СВЯЗИ С ДАТЧИКОМ ЭКС В КДС «КАРДИОВИД»
Петровский Михаил Александрович, Иванчуков Антон Геннадьевич, Бодин Олег Николаевич
Стр. 72 — 77
Рассмотрены принципы организации связи устройств на основе протокола ВluеtооthLоwЕnеrgy . Описана процедура обмена информацией между беспроводными устройствами. Рассмотрены структуры различных уровней взаимодействия устройств на основе модулей ВluеtооthLоwЕnеrgy . Подробно описаны процедура сопряжения двух модулей, а также распределение ролей ведущего и ведомого. Рассмотрены структура передаваемого пакета и работа канального уровня. Отдельный вопрос посвящен безопасности передаваемых данных. Отмечена необходимость организации защищенного канала связи и рассмотрена процедура шифрования. Описаны выбранные Вluеtооth -модули, использующиеся в датчике ЭКС и вычислительном устройстве. Сделан вывод о применимости выбранного протокола для защищенной и удобной мобильной связи в рамках взаимодействия компьютерной диагностической системы с датчиком ЭКС.
ОБОСНОВАНИЕ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ МОНИТОРИНГА ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СЕРДЦА
Полосин Виталий Германович, Бодин Олег Николаевич, Сафронов Михаил Иванович
Стр. 78 — 83
Рассмотрена задача установления количественной информации, отражающей свойства наблюдаемого объекта. Приведены схемы организации процессов измерения и управления, содержащие в своей структуре объект наблюдения и устройство формирования меры. Показано, что в структурной схеме процессов содержится для организации процессов как измерения, так и управления необходимость оценки разности Δ x между однородными свойствами объекта и меры. Рассмотрены мера и метрическое пространство при мониторинге электрофизиологических характеристик сердца. Оценено соответствие функции аппроксимации выборке результатов измерения на основе сравнения мер, сформированных в вероятностном пространстве элементарных событий для выборки результатов измерений и для дискретных значений аппроксимирующей функции. Предложены два подхода анализа формы функций параметров аппроксимирующей функции: на основе минимизации разницы между «евклидовыми мерами» и на основе сопоставления информационных свойств функции и информационной энтропии распределения.