CC BY
43
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
включений. Поглощение УЗВ может быть обусловлено различными механизмами. Большую роль играет вязкость и теплопроводность среды, взаимодействие волн с различными молекулярными процессами вещества, с тепловыми колебаниями кристаллической решетки и др. В высокополимерах, резинах и пластмассах поглощение звука сильно зависит от состава и структуры материала. В этих веществах, определяющий вклад в поглощение звука вносят релаксационные процессы, причем, как правило, имеется широкий спектр времен релаксации. Под действием УЗВ происходит сворачивание и разворачивание клубков молекул полимеров. Коэффициент поглощения а зависит от температуры, материала и от частоты звука. Поглощение звука в твердых телах определяется в основном внутренним трением и теплопроводностью среды. Кроме того, оно сильно зависит от наличия примесей и конструктивных особенностей акустического волновода [4].
На основании проведенного анализа тех процессов, которые в значительной степени влияют на уменьшение амплитуды и интенсивности УЗВ в ферромагнитных материалах были разработаны и изготовлены несколько вариантов демпферов нового поколения. Некоторые демпферы имеют низкие массогабаритные показатели, обладают высокими демпфирующими свойствами и способные работать в нормальных и специальных условиях на протяжении длительного времени.
Первая группа демпферов выполняются путем изменения или нарушения структуры ферромагнитного материала на концах ЦАВ (изменением химического состава, добавление звукопоглощающих добавок, термическое или химическое разрушение магнитоупругих свойств на концах волновода и т. п.).
Вторая группа демпферов выполняются следующим образом: в предварительно изготовленную капиллярную полость на концах волновода помещают пористый композиционный наполнитель на основе свинца для работы в нормальных условиях эксплуатации или меди для работы в высокотемпературных средах. Наружная поверхность в зоне демпфирования может покрываться путем гальвани-
зации металлическими демпфирующими покрытиями (медь, свинец, золото и т.д.)
Третья группа демпферов реализовывается путем покрытия волновода пористым материалом, представляющая собой однородную пористую массу, полученную холодным прессованием дозированной по весу вытянутой демпфирующей проволочной спирали. Материал обладает комплексом свойств, позволяющее считать его перспективным, а в ряде случаев и незаменимым для применения в поглощающих нагрузках акустических волноводов в широком диапазоне температур. Изделие из пористого материала имеет высокую активную пористость, большую удельную поверхность соприкосновения с ЦАВ, стабильностью свойств по объему материала, высокие демпфирующие свойства и сравнительно простую технологию получения.
В зависимости от исходного материала волновода и его демпфирующего покрытия первая, вторая и третья группы демпферов в составе измерительной системы позволяет эффективно работать в диапазоне температур практически от минус 7 0 до + 900 °С.
Разработан ДАВ для работы измерительного преобразователя в диапазоне температур от минус 40 до + 120 °С, изготавливаемый путем температурной полимеризации состава на основе полидие-нуретанового материала с металлическими добавками. Во время остывания заготовки происходит усадка материала. В процессе полимеризации, охлаждения возникают внутренние механические напряжения, величина которых регулируется путем изменения скорости охлаждения. Изменяя эти величины и контролируя степень поглощения ультразвуковой волны, можно добиться максимального демпфирующего эффекта. По результатам проведенной работы удалось получить демпферы с высокой степенью поглощения и минимальными массогаба-ритными размерами толщиной 1,5 мм длиной 25,0 мм для ЦАВ сечением 1,0 мм.
Применение новых конструкций акустических демпферов позволит снизить массогабаритные размеры измерительного преобразователя, а также повысить надежность и стабильность основных характеристик МППД, работающих в нормальных и специальных условиях эксплуатации [7, 8, 10]. ЛИТЕРАТУРА
1. Linear Displacement Transducer (Temposonics III). Installation and Instruction Manual for Analog Systems, - 1996. - 35 p.
2. 628606 СССР. МКИ: Н03Н7/30. Демпфер для магнитострикционной линии задержки/ М.И. Воронин и др.// Опубл. 25.08.78. - Бюл. №32.
3. Белов А.Г. Обеспечение влагозащитного покрытия печатных узлов датчика протечки / Белов
A.Г., Баннов В.Я., Трусов В.А., Кочегаров И.И., Лысенко А.В., Горячев Н.В., Юрков Н.К. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 151-154.
4. А.с. 801150 СССР. МКИ: H01L41/06. Демпфер звукопровода магнитострикционной линии задержки/
B.А. Балов и др.// Опубл. 30.01.81. - Бюл. №3.
5. Захарьящев Л.И. Конструирование линий задержки. - М.: Сов. Радио, 1972. - 192с.
6. А.с. 592022 СССР. МКИ: H04R15/00. Магнитострикционный преобразователь линейных перемещений/ Э.А. Артемьев и др.// Опубл. 18.01.78. - Бюл. №5.
7. А.с. 1560037 СССР. МКИ: H04R15/00. Магнитострикционный преобразователь перемещений / В.Н. Прошкин и др.// Для служебного пользования.
8. Кочегаров И.И. Системы удалённого рабочего стола при работе с конструкторскими САПР / Кочегаров И.И., Трусов В.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2009. Т. 2. С. 406-407.
9. Прошкин В.Н., Прошкина Л.А. Способ термомеханической обработки ферромагнитных проволок для акустических волноводов // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». - Пенза: изд-во ПГУ. - 2013. - Т. 2. - С. 180-181.
10. 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.
11. Прошкин В.Н., Прошкина Л.А., Разживина Г.П. Способ проверки ферромагнитных проволок после их термомеханической обработки // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». - Пенза: изд-во ПГУ. - 2013. - Т. 2. - С. 181-182.
УДК 621.317.3
Светлов А.В., Колдов А.С., Родионова Н.В.
ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
МЕТОДИКА СОВОКУПНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИНУСОИДАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ
Введение т. д. все более широкое применение находят пье-
В различных областях техники для решения за- зокерамические элементы (ПКЭ). Например, в [1] дач преобразования сигналов, сбора информации и рассмотрены проблемы применения ПКЭ для по-
строения акселерометров. Актуальной является задача разработки средств технологического контроля основных параметров ПКЭ при их производстве, а также средств измерений параметров ПКЭ в научных лабораториях. Электрические параметры ПКЭ могут быть определены методом совокупных измерений с использованием нескольких тестовых сигналов, имеющих отличающиеся параметры, с последующим решением системы уравнений, описывающих выходные сигналы измерительной схемы, в которую включается исследуемый ПКЭ. Число уравнений должно быть не менее числа искомых параметров. В данной работе предложена методика совокупных измерений параметров ПКЭ с несколькими тестовыми синусоидальными сигналами, частоты которых соответствуют характерным точкам амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) измерительной схемы.
1. Структурная схема стенда для измерения параметров ПКЭ
Разработана структурная схема стенда для измерения параметров ПКЭ (рис. 1). Для представления электрических свойств ПКЭ используется четырехэлементная эквивалентная электрическая
схема, в состав которой входят: С1 , Ь , К -динамические емкость, индуктивность и сопротивление; С 2 - параллельная емкость. Исследуемый
ПКЭ включается во входной цепи измерительной схемы на основе быстродействующего операционного усилителя (ОУ) OPA655 [2] с полевыми транзисторами во входном дифференциальном каскаде. В цепи отрицательной обратной связи ОУ включен опорный конденсатор С0 .
О-IN ^ <Х>
+V -V
Амплитудный детектор
АЦП
'К блоку - питания
DA1
Рисунок 1 - Структурная схема стенда для измерения параметров ПКЭ
Для формирования синусоидальных тестовых сигналов разных частот используется программно управляемый генератор прямого цифрового синтеза (Direct Digital Synthesis - DDS) AD9851 [3] . Огибающая выходного напряжения измерительной схемы выделяется амплитудным детектором, выходной сигнал которого оцифровывается с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Управление DDS генератором, обработка результатов измерений и представление их результатов осуществляется программой, подготовленной в среде LabVIEW и установленной на персональном компьютере (ПК).
2. Соотношения, связывающие электрические параметры ПКЭ
и параметры выходных сигналов измерительной схемы
Для однозначного определения параметров ПКЭ, представляемых четырехэлементной эквивалентной электрической схемой, необходимо составить и решить систему четырех уравнений, связывающих параметры L^ , C1 , C2 , с параметрами вы-
ходного напряжения измерительной схемы в разных режимах её работы. Первоочередной задачей является выбор таких режимов работы измерительной схемы, которые могут быть реализованы с высокой временной стабильностью и повторяемостью. Параметры выходного напряжения должны измеряться с высокой точностью. С учетом этих требований, а также с учетом высоких показателей DDS генератора AD9851 по точности и разрешению установки частоты (до десятых долей герц), целесообразно все измерения выполнять на синусоидальных сигналах, частоты которых соответствуют характерным точкам АЧХ измерительной схемы: последовательному и параллельному резонансам, а также уровню половинной мощности (0,7 07 по напряжению). Поиск частот этих характерных точек АЧХ может быть автоматизирован за счет программного управления частотой выходных сигналов DDS генератора.
В качестве уравнений, связывающих искомые параметры ПКЭ с параметрами выходного напряжения измерительной схемы, могут использоваться следующие соотношения:
- выражение, связывающее параметры L1 и C1
с частотой fo последовательного резонанса:
f o ="
1
(1)
L1 C1
- выражение, связывающее параметры Li, Ci и
C 2 с частотой fi параллельного резонанса (антирезонанса):
fi =
1
L1C1
-1+Ci
(2)
- выражение, связывающее параметры Ь1 и К1 с
добротностью 0, характеризующей электрические потери в ПКЭ:
е=—; о)
- выражение, связывающее все четыре параметра
-Ь^ С1 , С 2 ,
с максимальным значением ам-
плитуды выходного напряжения имакс измерительной схемы на частоте /0 последовательного резонанса. Для получения такого выражения найдем комплексную амплитуду выходного напряжения измерительной схемы при амплитуде входного напряжения и о :
U (jc
Uo C2
U o C _ 1 +_
C0 1 -w2L1C1 + jwR1C1 C0
(4)
U (f )--
Ul . C1 + C2 - LC1C2 (2nf )2 + jRCA (2я- f)
Co 1- L1C1 (2nf )2 + j RC1 (2nf)
(5)
Модуль последнего выражения описывает АЧХ выходного напряжения измерительной схемы:
Um ( f )= £ ■
Cj + C2-LjCjC2( 2nf )21 +(2 n RjCjC2 f)
[1-L1C1( 2 nf)2 ] +(2 nR1C1 f)2
(6)
Подставляя в (6) частоту fg , можно получить
выражение, связывающее параметры ПКЭ с максимальным значением амплитуды выходного напряжения имакс измерительной схемы на частоте fg .
3. Методика совокупных измерений параметров
ПКЭ
с использованием тестовых синусоидальных сигналов
Предложена методика, позволяющая определить электрические параметры ПКЭ в результате последовательного выполнения следующих действий:
1. На вход измерительной схемы с выхода программно управляемого DDS-генератора подается тестовое синусоидальное напряжение с амплитудой
и о и частотой, изменяющейся в диапазоне ожидаемых значений частоты последовательного резонанса /о , при которой выходное напряжение измерительной схемы принимает максимальное значение имакс . В соответствии с разработанным авторами алгоритмом осуществляется поиск резонансной частоты с итерационным сужением диапазона поиска до тех пор, пока интервал между верхним и нижним значениями диапазона частот не станет меньше заданного разрешения по частоте, соответствующего пределу допускаемой погрешности измерения частоты. Частота, при которой останавливается поиск, принимается за измеренное значение частоты последовательного резонанса /о изм . Алгоритм поиска резонансной частоты составлен на основе методики, изложенной в [4].
макс изм изм
3. Рассчитывается
U' = 0,707 U„
2. Измеряется амплитуда выходного напряжения и,,^™ на частоте /о
значение напряжения соответствующее расстройке 2А/ , используемой при вычислении добротности.
4. Осуществляется поиск и регистрация значений частот / и / ниже и выше резонансной, при которых амплитуда выходного напряжения составляет 0,707 имакс изм •
5. По результатам измерений рассчитываются значения расстройки 2А / = /" — /' и добротности
б изм = /0 изм/2А / •
6. Осуществляется поиск и регистрация частоты параллельного резонанса (антирезонанса) /1 изм , при которой выходное напряжение измерительной схемы принимает минимальное значение.
7. Составляется система четырех уравнений,
связывающих искомые параметры ПКЭ ¿1 , С1, С 2 ,
R-1 с измеренными значениями fo изм , f и
Q и
U
макс изм
1
Li Ci 1
= f0
2 -ж - L1
C1
1+C7 = f1 •
f 0 изм Q и
(7)
C1 + C 2 - L1 C1C 2 ( 2nf0 изм ) +(2nR1 C1 C 2 f0 изм )
■= U„
1 - L1 C1( 2n f0 изм
) I +( 2nRi Ci fo
изм
8. В результате решения системы уравнений (7) определяются искомые электрические параметры ПКЭ.
Представленная методика совокупных измерений параметров ПКЭ отличается использованием только синусоидальных сигналов, что избавляет от необходимости включения в состав измерительной схе-
мы дополнительных цепей обеспечения режима ОУ по постоянному току. Этим устраняются дополнительные источники возникновения погрешностей, присущие измерителям параметров ПКЭ, реализующих методику совокупных измерений с синусоидальным и импульсным тестовыми сигналами [5].
ЛИТЕРАТУРА
1. Янчич, В. В. Пьезоэлектрические акселерометры с двумя динамическими и частотными диапазонами / В. В. Янчич, Д. В. Джения, Вл. В. Янчич // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2013. - № 3 (27). - С. 127-134.
2. OPA655 Wideband, Unity Gain Stable, FET-Input Operational Amplifier. - Burr-Brown Corporation, 2000. URL: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/opa655.pdf.
3. Шибанов С.В. Обзор современных методов интеграции данных в информационных системах / Шибанов С.В., Яровая М.В., Шашков Б.Д., Кочегаров И.И., Трусов В.А., Гришко А.К. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. I. С. 292-295.
4. AD9851 CMOS 180 MHz DDS/DAC Synthesizer. - Analog Devices, Inc., 2004. URL: http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD9851.pdf.
5. Методика измерения частоты единичного усиления операционных усилителей / М. Ю. Паршуков, А. В. Светлов, В. В. Комаров, Е. В. Сапунов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2014. - № 2. - С. 41 - 51.
6. Гришко А.К. Методология управления качеством сложных систем / Гришко А.К., Юрков Н.К., Кочегаров И.И. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 377-379.
7. Измерение электрических параметров пьезокерамических элементов / А.В. Светлов, А.В. Блинов, А.Г. Дмитриенко, Б.В. Цыпин // Новые технологии. Том 2. - Материалы X Всероссийской конференции. - М.: РАН, 2013. - С. 149 - 154.
0
0
УДК 621-396
Гречишников В.М., Теряева О.В.
ФГАОУ ВО «Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С.П.Королева (национальный исследовательский университет) (СГАУ)», Самара, Россия
ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ УГЛА С ВЕСОВЫМ УПЛОТНЕНИЕМ КАНАЛОВ
Преобразователи механических угловых и линейных перемещений в цифровой код используются в измерительной технике, следящих системах, робототехнических комплексах и т.д. В этой
группе преобразователей для измерения параметра используются специальные кодовые шкалы или маски. [1, 2]. Каждый элемент кодовой маски модулирует поток оптического излучения, поэтому вся
