CC BY
47
Министерство образования и науки РФ
Правительство Пензенской области Академия информатизации образования Академия проблем качества РФ Российская академия космонавтики им. К.Э.Циолковского Российская инженерная академия Вычислительный центр РАН им. А.А.Дородницына Институт испытаний и сертификации ВВТ ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л.Минца» ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «РУБИН» ОАО «НИИФИ», ОАО «ПНИЭИ», ФГУП ФНПЦ «ПО СТАРТ», НИКИРЭТ, ЗАО «НИИФИиВТ» ОАО «ППО ЭЛЕКТРОПРИБОР», ОАО «РАДИОЗАВОД» Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС» ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА» Пензенский государственный университет
АадижУ{%шсж
ТРУДЫ
МЕЖДУНАРОДНОГО СИМПОЗИУМА
НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО
II то^
ПЕНЗА 2015
УДК 621.396.6:621.315.616.97:658:562 Т78
Труды Международного симпозиума «НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО»:
T78 в 2 т. - Пенза : ПГУ, 2015. - 2 том - 384 с.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
В сборник трудов включены доклады юбилейного ХХ-го Международного симпозиума «Надежность и качество», проходившего с 25 по 31 мая 2015 г. в городе Пензе.
Рассмотрены актуальные проблемы теории и практики повышения надежности и качества; эффективности внедрения инновационных и информационных технологий в фундаментальных научных и прикладных исследованиях, образовательных и коммуникативных системах и средах, экономике и юриспруденции; методов и средств анализа и прогнозирования показателей надежности и качества приборов, устройств и систем, а также анализа непараметрических моделей и оценки остаточного ресурса изделий двойного назначения; ресурсосбережения; проектирования интеллектуальных экспертных и диагностических систем; систем управления и связи; интерактивных, телекоммуникационных сетей и сервисных систем; экологического мониторинга и контроля состояния окружающей среды и биологических объектов; исследования физико-технологических процессов в науке, технике и технологиях для повышения качества выпускаемых изделий радиопромышленности, приборостроения, аэрокосмического и топливно-энергетического комплексов, электроники и вычислительной техники и др.
Оргкомитет благодарит за поддержку в организации и проведении Международного симпозиума и издании настоящих трудов Министерство образования и науки РФ, Правительство Пензенской области, Академию проблем качества РФ, Российскую академию космонавтики им. К. Э. Циолковского, Российскую инженерную академию, Академию информатизации образования, Вычислительный центр РАН им. А. А. Дородницына, Институт испытаний и сертификации ВВТ, ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л. Минца», ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «НИИФИ», ФГУП «ПНИЭИ», ОАО «РУБИН», ОАО «РАДИОЗАВОД», ОАО «ППО ЭЛЕКТРИПРИБОР», ФГУП «ПО «СТАРТ», НИКИРЭТ - филиал ФГУП «ПО «СТАРТ», Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС», ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА»,Пензенский государственный университет.
Сборник статей зарегистрирован в Российском индексе научного цитирования (РИНЦ) с 2005 г.
Р е д а к ц и о н н а я к о л л е г и я :
Юрков Н. К. - главный редактор Трусов В. А. - ответственный секретарь Баннов В. Я. - ученый секретарь Волчихин В. И., Абрамов О. В., Авакян А. А., Дивеев А.И., Иофин А. А., Каштанов В. А., Майстер В. А., Острейковский В.А., Петров Б. М., Писарев В. Н., Роберт И. В., Романенко Ю. А., Северцев Н. А., Садыков С. С., Садыхов Г. С., Увайсов С. У.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
© Оргкомитет симпозиума, 2015 © ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», 2015
ЛИТЕРАТУРА
1. Гун Г.С., Мезин И.Ю., Корчунов А.Г., Чукин М.В., Гун И.Г., Рубин Г.Ш. Научно-педагогическая школа Магнитогорского государственного технического университета по управлению качеством продукции и производственных процессов. Качество в обработке материалов. 2014. № 1. С. 5-8.
2. Гун Г.С., Мезин И.Ю., Рубин Г.Ш., Минаев А.А., Назайбеков А.Е., Дыя Х. Генезис научных исследований в области качества металлопродукции. Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2014. № 1 (45). С. 92-97.
3. Воробьев Д.В. Одноканальное управление шаговым двигателем / Воробьев Д.В., Трусов В.А., Кочегаров И.И., Горячев Н.В. // Молодой ученый. 2015. № 3 (83). С. 110-113.
4. Елизаров С.В., Козлова И.Н. Алгоритм прогнозирования качества полупроводниковых приборов методом вычислительных оценок. Труды Международного симпозиума «Надежность и качество». 200 9. Т. 2. С. 13-14.
5. Федоткин И.С., Архипов А.И. Прогнозирование качества методом К-ближайших соседей. Труды Международного симпозиума «Надежность и качество». 2009. Т. 2. С. 14.
6. Трусов В.А. Проектирование одновибратора без перезапуска на программируемой логической интегральной схеме / Трусов В.А., Кочегаров И.И., Горячев Н.В. // Молодой ученый. 2015. № 4 (84). С. 276-278.
7. Шумских И.Ю., Баталова А.М. Прогнозирование показателей качества микросхем методом классификации с оценкой значимости признаков. Труды Международного симпозиума «Надежность и качество». 2009. Т. 2. С. 14-15.
УДК681.586.785
Прошкин1 В.Н., Магомедова1 М.А. , Прошкина2 Л.А., Трусов2 Е.В.
гФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет», Пенза, Россия 2ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ТРЕБОВАНИЙ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫХ К АКУСТОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМ МАГНИТОСТРИКЦИОННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
Введение
Акустоэлектрический преобразователь (ПАЭ) предназначен для преобразования магнитоакусти-ческих (магнитоупругих) колебаний в ферромагнитном, чаще всего, цилиндрическом акустическом волноводе (ЦАВ) в электрические сигналы. Наиболее распространенная конструкция ПАЭ, используемая в магнитострикционном преобразователе параметров движений (МППД) и линиях задержки (рисунок 1), представляет собой узел, состоящий из корпуса 1 ПАЭ с обмоткой 2 из медного провода, намотанный на пластмассовый (полистироловый или аналогичный) каркас [1, 2]. Сквозь каркас катушки проходит акустический волновод 3. Между волноводом и каркасом с катушкой имеется воздушный зазор 4. Индуктивность и коэффициент электромеханической связи кэмс зависят от габаритных размеров каркаса, от взаимного расположения витков катушки и от их местонахождения относительно ЦАВ.
Рисунок 1 - Традиционная конструкция ПАЭ: 1 -корпус акустоэлектрического преобразователя; 2 - обмотка, намотанная на пластмассовый каркас; 3 - акустический волновод; 4 - воздушный зазор
Основные характеристики и параметры акустоэлектрического преобразователя. К основным параметрам и характеристикам ПАЭ относятся: Мпр. - марка (тип) провода в обмотке ПАЭ; Ппр. - диаметр провода в обмотке ПАЭ, мм; ппаэ - число витков в обмотке ПАЭ; 1 обм. - длина обмотки ПАЭ, мм; Хпаэ - длина каркаса ПАЭ, мм;
рпр. - удельное электрическое сопротивление провода, Ом м;
а0бж. - коэффициент плотности намотки;
Побж. - число слоев в обмотке ПАЭ;
собм. - глубина (толщина) намотки ПАЭ, мм;
апаэ - расстояние от наружной поверхности ЦАВ до первого слоя обмотки ПАЭ (воздушный зазор), мм;
Ьпаэ - расстояние от наружной поверхности ЦАВ последнего слоя обмотки ПАЭ, мм.
Требования к акустоэлектрическим преобразователям. Основные требования к ПАЭ подробно изложены в работах [1, 2], остановимся на некоторых из них:
высокая механическая прочность и стойкость к внешним возмущающим воздействиям;
конструктивная длина обмотки ПАЭ 1обм не должна превышать половины длины магнитоупругой волны;
низкое влияние внешних воздействий на выходной результат преобразования;
низкие массогабаритные размеры; высокий коэффициент электромеханической связи кэмс обмотки ПАЭ с акустическим волноводом, т.е. витки обмотки должны быть расположены как можно ближе к волноводу;
коэффициент плотности намотки аобм. должен быть максимальным;
соотношение диаметра катушки Впаэ или расстояние от наружной поверхности волновода до последнего слоя обмотки преобразователя Ьпаэ к диаметру волновода Вцав (рисунок 2) должно быть минимальным [1].
Dm
диаметр цилиндрического акустического
волновода, мм;
0,2 -
Рисунок 2 - Зависимость коэффициента использования магнитных свойств материала ЦАВ кр от отношения диаметра катушки Ппаэ к диаметру акустического волновода Вцав
Факторы, влияющие на характеристики и параметры акустоэлектрического преобразователя. На
характеристики и параметры ПАЭ большое влияние оказывают как внутренние дестабилизирующие факторы (ВДФ), сформированные в результате нарушения технологии их изготовления, так и внешние возмущающие воздействия (ВВВ) различной физической природы. В таблице 1 приведен основной перечень этих воздействий, которые в значитель-
ной степени влияют на магнитоакустические преобразования в ПАЭ и на выходные характеристики измерительных сигналов МППД. Предложены мероприятия на устранение или ослабление указанных возмущающих воздействий.
Наиболее типичные характеристики или явления в конструкции ПАЭ подверженные изменениям под воздействием ВДФ и ВВВ и их влияние на параметры МППД:
физико-химическая структура (ФХС) обмотки ПАЭ;
форма и габаритные размеры (ФГР) конструкции ПАЭ;
провис акустического волновода (ПАВ) в рабочем пространстве ПАЭ;
Перечень основных ВДФ и ВВВ на акустоэ.
поглощение (ПВ) или отражение (ОВ) магнитоа-кустических волн в результате соприкосновения внутренней поверхности каркаса катушки ПАЭ с волноводом;
механические колебания (МКВ) волновода в рабочем пространстве ПАЭ;
характеристика линейности (ХЛ) выходного сигнала преобразователя;
параметры полезного измерительного сигнала (ППИС) - амплитуда, длительность, скорость нарастания и спада импульса на выходе линейного акустического осциллятора (ЛАО);
образование в рабочем пространстве ПАЭ шумовых сигналов (ШС).
:трический преобразователь Таблица 1
Вид ВДФ и ВВВ Влияние ВДФ и ВВВ Мероприятия на устранение или уменьшение ВДВ и ВВВ
Температурные воздействия (+5 ...+ 85°С) ПВ, ППИС, МКВ, ПАВ, ХЛ 1. Для исключения провиса волновода в рабочем пространстве ПАЭ использовать магнитострикционные материалы для ЦАВ с низким температурным коэффициентом линейного расширения . 2. Использовать бескаркасную конструкцию ПАЭ с воздушным нулевым зазором, выполненную предлагаемым ниже способом.
Температурные воздействия (более +85 оС) ФХС, ФГР, ПВ, ХЛ, ПАВ, ППИС 1. Использовать обмоточный провод и каркас для ПАЭ с учетом температурных воздействий. 2. Использовать магнитострикционные материалы для ЦАВ с низким температурным коэффициентом линейного расширения.
Агрессивные среды ФХС, ФГР, ППИС Использовать обмоточный провод для ПАЭ в защитной оболочке из материала стойкой к агрессивным средам.
Старение ФХС, ФГР, ПАВ, ПВ, ППИС Использовать бескаркасную конструкцию ПАЭ с воздушным нулевым зазором, выполненную предлагаемым ниже способом.
Ударные и вибрационные воздействия ПВ, МКВ, ПАВ, ХЛ, ППИС, ШС Использовать бескаркасную конструкцию ПАЭ с воздушным нулевым зазором, выполненную предлагаемым ниже способом.
Электромагнитные воздействия ППИС, ШС Использовать в конструкции ПАЭ экранирующих оболочек.
Технология получения ПАЭ с требуемыми характеристиками. Использование традиционных конструкций акустоэлектрических преобразователей в магнитострикционных измерительных системах создает массу проблем - это образование провиса волновода в рабочем пространстве ПАЭ, под действием температуры, вибраций, старения элементов конструкции измерительного преобразователя и т.п. При работе МППД на подвижных объектах высокой маневренности приводит к образованию микрофонных и других эффектов, которые создают в канале воспроизведения шумовые сигналы и искажают энергетические и временные характеристики полезных измерительных сигналов.
Для эффективной работы ПАЭ в жестких условиях эксплуатации требуется в ряде случаев отказаться от традиционных конструкций ПАЭ и перейти на разработку новых технических решений [3], которые позволили бы в течение гарантийного срока службы повысить надежность и стабильность основных характеристик МППД.
На рисунке 3 показана бескаркасная конструкция акустоэлектрического преобразователя для работы в нормальных условиях эксплуатации. Обмотка 1 акустоэлектрического преобразователя может быть выполнена из провода с термостойким эмалевым покрытием, например ПЭТВ - 2 - 0,0 63 ТУ16 - 502.003 - 82, который наносится на наружную поверхность волновода 2. Затем участок обмотки 1 и край ЦАВ покрывается специальным составом на основе полидиенуретанового материала с порошковыми металлическими или иными добавками и путем температурной полимеризации получают монолитный конструктивный узел, включающий в себя обмотку 1 ПАЭ с волноводом 2 и демпфером 3.
В результате формирования магнитоакустиче-ских волн в ЦАВ [4] эти волны, проходя через начало монолитной конструкции ПАЭ, частично поглощаются демпфирующим составом перед обмоткой 1 и теряют там не более 5 % своей энергии, но за счет исключения воздушного зазора в конструкции ПАЭ позволяет максимально повысить коэффициент электромеханической связи кэи и скомпенсировать эти потери и, кроме того получить стабильные выходные характеристики в жестких условиях эксплуатации.
акустоэлектрического преобразователя
Появление на рынке радиоэлектронных компонентов широкой номенклатуры современных операционных усилителей, способных распознавать и усиливать измерительные сигналы от единиц пико-ампер и выше [5], преобразовывать их в видеосигналы, совместимые с ТТЛ - логикой, дает возможность значительно уменьшить количество витков и длину обмотки ПАЭ. Нами были получены неплохие результаты при исследовании акусто-электрического преобразователя, обмотка которого выполнена в один слой и составляла 5 витков, хотя в известных преобразователях обмотка выполняется многослойной и составляет от 200 до 1000 витков. Такое решение не только упрощает конструкцию и уменьшает массогабаритные размеры ПАЭ, но и значительно уменьшает «мертвую» зону 1мз, зону возможного обнаружения 1зво измерительных сигналов и расширяет рабочую зону обзора 1рзо системы позиционирования в магнитострикци-онном преобразователе параметров движений.
Для высокотемпературных сред (свыше +180 °С) акустоэлектрический преобразователь предлагается изготовить из жаростойкой проволоки во фторопластовой или иной изоляции, намотанный на поверхность ЦАВ или в виде неизолированной проволоки, помещенной в спиралевидные канавки на керамический цилиндр [3].
Применение новых конструкций ПАЭ позволит снизить массогабаритные размеры измерительного преобразователя, а также повысить надежность и стабильность основных характеристик МППД, работающих в нормальных и специальных условиях эксплуатации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Захарьящев Л.И. Конструирование линий задержки. - М.: Сов. Радио. - 1972. - 192с.
2. Джонсон Р. Механические фильтры в электронике: Пер.с англ.-М.: Мир. - 1986. - 406 с.
3. Трусов В.А. Однопозиционный модуль управления шаговым двигателем / Трусов В.А., Кочегаров И.И., Горячев Н.В., Юрков Н.К. // Теоретические и прикладные аспекты современной науки. 2015. № 7-3. С. 131-133.
4. Прошкин В.Н. Магнитострикционные преобразователи линейных перемещений для специальных условий эксплуатации // Датчики и системы. - М.: 2007. - № 6. - С. 35-38.
5. Стюхин В.В. САПР в расчёте и оценке показателей надёжности радиотехнических систем / Стюхин
B.В., Кочегаров И.И., Трусов В.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 287-289.
6. Прошкин В.Н., Магомедова М.А. Прошкина Л.А., Трусов Е.В. Совершенствование формирователя импульсов тока возбуждения магнитоупругих волн в линейном акустическом осцилляторе с целью уменьшения массогабаритных характеристик магнитострикционных преобразователей //Труды международного симпозиума «Надежность и качество». - Пенза: изд-во ПГУ. - 2014. - Т. 2. - С. 86-89.
7. Кочегаров И.И. Компьютерный комплекс исследования основных функций микроконтроллеров / Кочегаров И.И., Трусов В.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2006. Т. 1.
C. 192-194.
8. Прошкин В.Н., Магомедова М.А., Прошкина Л.А., Трусов Е.В. Совершенствование импульсных усилителей токовых сигналов с линейного акустического осциллятора магнитострикционных преобразователей параметров движений //Труды международного симпозиума «Надежность и качество». - Пенза: изд-во ПГУ. - 2014. - Т. 2. - С. 83-86.
УДК 681.586.785 УДК 534.283.2
Прошкин1 В.Н., Магомедова1 М.А., Прошкина2 Л.А., Трусов2 Е.В.
гФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет», Пенза, Россия 2ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ТРЕБОВАНИЙ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫХ К ДЕМПФЕРАМ АКУСТИЧЕСКОГО ВОЛНОВОДА МАГНИТОСТРИКЦИОННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЙ
Введение
Демпфер акустического волновода (ДАВ), как составная часть линейного акустического осциллятора (ЛАО) в магнитострикционных преобразователях параметров движений (МППД) используются для уменьшения уровня отраженных сигналов от концов ферромагнитного цилиндрического акустического волновода (ЦАВ). С этой целью волновод снабжаются специальными устройствами, в результате чего удельное затухание концевых участков
волновода плавно возрастает до такой величины, когда уровень отраженных от концов волновода сигналов отсутствует или не превышает допустимого значения.
Конструктивно демпферы могут быть подвижными (рисунок 1, а - г) и неподвижными (рисунок 2, а, б). Демпфер, изображенный на рисунке 1, а широко используется в изделиях фирм MTS Systems Corporation Sensors Division (США); MTS Sensor Technologie GmbH & Co. KG (Германия) [1].
Регулируемый демпфер
Демпфер экспоненциальной формы многослойный
а)
Составной демпфер
Шеллак
ь, пропитая в поры феррит
Герметик ВГ -1 в)
Демпфер экспоненциальной формы однослойный
/ /м
■ ■ у — ?
Металлическая оплетка Резиновые кольца
б)
Состав, битум, клей ЕФ-2, синтетические смолы, _шелл ак, термо гЛ аст иче ская мастика
г)
Рисунок 1 - Неподвижные акустические демпферы: Р1, Р2, Р3 - коэффициенты, отражающие величину статического прижимного усилия на поглощающую нагрузку демпфера с последующей его механической фиксацией; 1заз - длительность зоны активного затухания; 1рзо - длительность зоны рабочего обзора
Демпферы (рисунок 1, б, в и г) подробно описаны соответственно в следующих источниках информации [2 - 4]. Подвижные демпферы [5, 6], показанные на рисунке 2, а и б позволяют умень-
шить габаритные размеры измерительного преобразователя МППД, но при этом снижаются скоростные характеристики системы позиционирования [7].
