2015 год, №4

Содержание выпуска
ПРИМЕНЕНИЕ ЭНТРОПИЙНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА ДЛЯ МОНИТОРИНГА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СЕРДЦА
Полосин Виталий Германович, Бодин Олег Николаевич
Стр. 3 — 9
Актуальность и цели. Развитие средств мониторингового контроля предоставляет новые возможности для разработки алгоритмов кардиодиагностики. В связи с тем что электрокардиосигнал имеет стохастическую природу, при построении систем мониторинга перспективны алгоритмы оценки неупорядоченности отсчетов кардиоцикла. При этом объединение информационных и статистических параметров распределений открывает новые возможности оценки параметров моделей стохастических процессов. Цель работы состоит в выявлении свойств меры энтропийно-параметрического потенциала и исследования возможности ее применения для получения дополнительной информации мониторинга электрофизиологических характеристик сердца. Материалы и методы. Используются известные методы статистического и информационного анализа неупорядоченности отсчетов мониторинга электрофизиологических характеристик сердца. Результаты. Предложена энтропийно-параметрическая мера неопределенности для диагностики состояния сердца и разработан алгоритм поиска формы функции, основанный на пересечении траектории разницы меры в пространствах информационной и эвклидовой мер. Разработан метод установления формы аппроксимирующей функции для выборки результатов мониторинга, основанный на сопоставлении разности эвклидовой меры и энтропийного потенциала (меры информационного пространства). Выводы. Выявлено, что энтропийно-параметрический потенциал наиболее полно отражает информацию о нестабильности состояния сердца, содержащуюся в распределении отсчетов кардиосигнала.
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА И ОКТАНОВОГО ЧИСЛА БЕНЗИНОВ В ПРОМЫШЛЕННЫХ УСЛОВИЯХ НА ОСНОВЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО КВАНТОВОГО ГЕНЕРАТОРА
Щербакова Анна Алексеевна
Стр. 10 — 15
Актуальность и цели . Оценку компонентного состава и значения октанового числа товарного бензина при производстве путем смешения компонентов производят периодическим лабораторным анализом. Для оперативного контроля и управления технологическим процессом производства товарного топлива необходимо реализовать информационно-измерительную систему с поточным анализом бензинов и компонентов. Материалы и методы . Для решения поставленных задач использовались методы математического моделирования, статистической обработки данных, теория искусственных нейронных сетей, метод обратного распространения ошибки, моделирование в программных средах Visuаl Ваsiс fоr Аррliсаtiоns (VВА) Мiсrоsоft Ехсеl, МаthСаd. Результаты . Предложена информационно-измерительная система на основе параметрического квантового генератора, которая позволит уменьшить транспортное запаздывание в системе установкой проточных кювет, расположенных в непосредственной близости к технологическому трубопроводу, включает импульсный лазер накачки и перестраиваемый параметрический квантовый генератор с диапазоном перестройки 680-1064 нм - сигнальной волны, 1064-2500 нм - холостой волны. На выходе из системы сигналы со значениями спектральных коэффициентов пропускания и рассчитанным по ним спектральным коэффициентам поглощения сохраняются в компьютере. Выводы . Информационно-измерительная система для оценки состава и октанового числа бензинов, включающая параметрический квантовый генератор и проточную кювету, учитывает излучение от перестраиваемого параметрического квантового генератора по волоконно-оптическому кабелю, одновременно проходит через измерительный канал с проточной кюветой и сравнительный канал. А по измеренным спектральным коэффициентам поглощения компонентов и бензинов производят определение состава и октанового числа бензина, идентификацию компонентов. Эта информационно-измерительная система позволит в режиме реального времени управлять технологией приготовления бензинов и оперативно вносить поправку в технологию его приготовления.
ВОПРОСЫ КЛАССИФИКАЦИИ ИНТЕГРИРУЮЩИХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ В СОСТАВЕ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
Чувыкин Борис Викторович, Долгова Ирина Анатольевна, Сидорова Ирина Александровна
Стр. 16 — 22
Актуальность и цели. Рассмотрены некоторые особенности анализа и синтеза интегрирующих измерительных преобразователей (ИИП) как базового элемента информационно-измерительных систем. Объектом исследования являются ИИП замкнутой структуры. Целью работы является классификация ИИП с точки зрения исследования флуктуационных шумов квантования. Материалы и методы. Использован системный подход к рассмотрению ИИП, применяется метод фасетной классификации, позволяющий оптимально разделить ИИП по группам, отличающимся определенным набором свойств. Результаты. Предложена классификация, представляющая собой качественный подход для исследования механизма возникновения флуктуационных шумов в цифровых ИИП замкнутой структуры. Выводы. Предложенная классификация позволяет при практическом использовании ИИП получить максимальный технический эффект при решении сложных инженерных задач в информационно-измерительных системах. Показана конструктивность данной классификации в задачах анализа и синтеза ИИП, а также указываются перспективные пути их совершенствования.
АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПОДСИСТЕМЫ ГОЛОСОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ
Алимурадов Алан Казанферович, Чураков Петр Павлович
Стр. 23 — 31
Актуальность и цели. Объектом исследования является подсистема голосового управления информационно-измерительных и управляющих систем (ИИУС). Предмет исследования - аппаратная реализация подсистемы голосового управления. Целью работы является разработка структурной и электрической принципиальной схемы соединений, выбор и обоснование аппаратных средств подсистемы голосового управления. Материалы и методы. В работе использовался структурно-функциональный метод, позволяющий провести декомпозицию подсистемы голосового управления на структурные компоненты и их функциональную нагрузку, в соответствии с которой осуществлялся выбор аппаратных средств. Результаты. На основании полученных результатов, ранее опубликованных автором, представлена структурная схема модульного типа подсистемы голосового управления в составе ИИУС. В соответствии со структурной схемой проведены выбор и обоснование аппаратных средств для каждого модуля подсистемы. На основании подобранных элементов аппаратной реализации разработана электрическая схема соединений подсистемы голосового управления. Выводы. Предложена аппаратная реализация подсистемы голосового управления в составе ИИУС на основе модульной структуры во главе с одноплатным миниатюрным компьютером Rаsрbеrry Рi Моdеl В.
КОРРЕКЦИЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ПОГРЕШНОСТИ, АППРОКСИМАЦИЯ ГРАДУИРОВОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДАТЧИКОПРЕОБРАЗУЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ С ВНУТРИДАТЧИКОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКОЙ
Чебурахин Игорь Николаевич, Нефедьев Дмитрий Иванович
Стр. 32 — 41
Актуальность и цели. В работе исследуется применение цифровой обработки измерительной информации с целью повышения метрологических характеристик датчикопреобразующей аппаратуры. Материалы и методы. Рассматриваются алгоритм коррекции температурной погрешности и аппроксимация градуировочной характеристики датчиков с цифровым представлением выходного сигнала, сводящиеся к последовательному устранению аддитивной и мультипликативной составляющих погрешности. Результаты. Представлен путь исключения погрешностей в случае выхода измеряемой величины за пределы, заданные в технических условиях на датчикопреобразующую аппаратуру и изложен алгоритм работы процессорного ядра внутридатчиковой электроники. Определена дальнейшая необходимость отдавать предпочтение увеличению временной стабильности характеристик чувствительных элементов. Выводы. Указано, что применение в датчикопреобразующей аппаратуре процессорного ядра внутридатчиковой электроники со встроенным программным обеспечением, выполняющим описанные алгоритмы, позволяет получить суммарную погрешность 0,3 %. Показана возможность достижения с помощью цифровых методов представления сигналов гораздо более высокого класса точности - порядка 0,1 %.
ПРИМЕНЕНИЕ СХЕМЫ НА ОСНОВЕ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ ДЛЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ КОМПЕНСАЦИИ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ТЕНЗОРЕЗИСТИВНОГО ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ
Волков Вадим Сергеевич, Кучумов Евгений Владимирович, Кикот Виктор Викторович, Французов Максим Владимирович
Стр. 42 — 50
Актуальность и цели. Объектами исследования являются температурная погрешность чувствительности полупроводниковых тензорезистивных датчиков давления. Предметом исследования являются методы ее снижения, основанные на применении активных схем температурной компенсации и методы ее снижения. Цель работы - разработка схемы температурной компенсации чувствительности на основе операционного усилителя и методики расчета параметров цепи обратной связи усилителя. Материалы и методы. Для разработки схемы температурной компенсации и методики расчета ее параметров использовалось математическое и имитационной моделирование с применением программы МаthСаd. Результаты. Предложена принципиальная электрическая схема температурной компенсации, включающая повторитель напряжения и усилительный каскад на основе неинвертирующего включения операционного усилителя с температурно-зависимой цепью отрицательной обратной связи, позволяющая одновременно усилить выходное напряжение и снизить его температурную зависимость. Предложена методика определения параметров цепи отрицательной обратной связи. Проведено имитационное моделирование предложенной схемы и рассчитана температурная погрешность выходного сигнала. Выводы. Применение предложенной схемы и методики ее расчета позволяет снизить температурную погрешность чувствительности почти в четыре раза.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТИ НЕЛИНЕЙНОСТИ УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ, ВЫПОЛНЕННЫХ В ВИДЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ МЕМБРАНЫ, ЖЕСТКОЗАКРЕПЛЕННОЙ ПО НАРУЖНОМУ КОНТУРУ
Самошин Алексей Владимирович
Стр. 51 — 57
Актуальность и цели. Рассмотрены методы определения нелинейности упругих элементов, выполненных в виде цилиндрической мембраны, жесткозакрепленной по наружному контуру и нагруженной давлением. Целью работы является выявление математической зависимости между нелинейностью упругого элемента и основными конструктивными параметрами. Материалы и методы. Использованы существующие аналитические зависимости для изотропных материалов, а также нелинейная теория механики деформируемого твердого тела, реализованная в методе конечных элементов. Результаты. Получена полиномиальная зависимость, расширяющая существующие аналитические методы и позволяющая дать количественную оценку нелинейности упругого элемента на стадии проектирования. Выводы. Проведена сравнительная оценка с экспериментальными данными, доказывающая состоятельность полученной зависимости и ее пригодность в инженерных расчетах.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНДУКЦИОННЫХ ДАТЧИКОВ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ ДИСБАЛАНСА ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ
Вершинин Николай Николаевич, Безбородова Оксана Евгеньевна, Авдонина Любовь Александровна, Вершинин Алексей Евгеньевич
Стр. 58 — 64
Актуальность и цели. Объектом исследования являются индукционные датчики, используемые в измерительных устройствах балансировочных станков. Предметом исследования являются способы повышения чувствительности датчиков за счет повышения ЭДС, наводимой в катушках. Цель - разработка способов включения обмоток магнитных систем для повышения ЭДС на выходе датчика. Материалы и методы. Для повышения чувствительности и точности измерения дисбаланса тел вращения предложен конструкционный метод. Предложены конструкции двух датчиков, в которых используются две магнитные системы с общим якорем и соединением обмоток последовательно и встречно для увеличения сигнала датчика вдвое и уменьшения его нелинейности при больших колебаниях якоря от дисбаланса большой величины. Результаты и выводы. Предложено использовать в измерительных устройствах балансировочных станков индукционные (магнитоэлектрические) датчики, конструкция которых обладает сравнительно высокой чувствительностью и простотой. Дано подробное описание двух конструкций датчиков, сравнение их характеристик, рассмотрен принцип их действия и приведена методика расчета. С целью повышения чувствительности датчика в случае, когда его нагрузкой является электронный усилитель, предложено увеличить число витков катушки, которое ограничивается лишь конструктивными размерами магнитопровода. Кроме того, некоторое увеличение чувствительности датчика предложено достичь при помощи шунтирования катушек с индуктивностью L конденсатором С, емкость которого выбирается из условия настройки контура LС в резонанс на рабочую частоту. Представлена методика расчета датчика и дана рекомендация по включению датчика в измерительную систему для снижения уровня помех. Отмечена необходимость периодического контроля зазора, которая в условиях уменьшения неуравновешенности в автоматическом режиме не вносит заметной погрешности в результат балансировки тела вращения.