CC BY
3
УДК 620.197.3:547.233.4
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-9-558-559
МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ И РАЗВИТИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ СИСТЕМАТИКИ, ПРИНЦИПОВ РАБОТЫ, А ТАКЖЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОЕМКОСТНОГО
МЕТОДА КОНТРОЛЯ (ОБЗОР)
В.Н. Гадалов, С.Н. Кутепов, А.В. Филонович, А.А. Калинин, А.А. Чуйченко
В статье представлен обзор по различным типам электроемкостных преобразователей: датчиков, сенсоров и др. устройств. Теория и практика, математическое моделирование, проектирование, конструирование, исследование процессов, мониторинг состояния и развития исследований в области систематики, принципов работы, а также теории и практики применения и развития электроемкостного метода контроля. Рассмотрены фундаментальные явления, лежащие в основе работы основных типов датчиков и сенсоров. Описаны принципы их функционирования и развития. Рассматриваются различные аналитические модели емкостных датчиков. Исследовано влияние плоского заземленного экрана на основные выходные характеристики электроемкостного датчика. Установлено, что присутствие экрана над контролируемом объектом, в области критической толщины изучаемого материала может привести к снижению порога чувствительности датчика к диэлектрической постоянной или двузначности результатов измерения. Показано, что для устранения двойственности результатов измерения их необходимо проводить за пределами аномальной области. Представлена математическая модель многосекционного экранированного накладного измерительного конденсатора, проведена оценка адекватности модели на реальных электроемкостных датчиках. Отмечены возможности применения новых и перспективных преобразователей в различных отраслях промышленности РФ, медицине и экологии России в условиях санкций НАТО и США.
Ключевые слова: накладные проходные преобразователи; накладной измерительный конденсатор, электроемкостной датчик, измерительный конденсатор, плоский экран, диэлектрический слой, ленточные электроды, математическая модель, аномальная область, сенсор.
В последнее время большое внимание при использовании и развитии лота «Интернет вещей» (Lot-mternetofthings), а именно концепции вычислительных сетей физических предметов, оснащенных встроенными технологиями для взаимодействия друг с другом или с внешней средой, робототехники, автоматизации требуется применение значительного количества электроемкостных преобразователей (ЭП) различного типа. Так как от их метрологических характеристик и методов обработки измерительных сигналов зависит эффективность всей измерительной системы.
Разработка электроемкостных методов и неинвазийных средств контроля в современных технологиях связана с созданием накладных и проходных преобразователей, экранированных накладных измерительных конденсаторов (ЭНИК), датчиков, сенсоров (межпальцевый датчик, микроэлектромеханические системы (MEMS), датчиков интегрированных с RFID системами и др. устройствами [1-24, 30].
Таким образом, аналитические модели для емкостных датчиков в большинстве случаев основываются на упрощенных конфигурациях и идеализированных предположениях, которые ограничивают их точность расчета для реальных конструкций [4].
В моделях, построенных с использованием методов конформных преобразователей [4, 5], непосредственного расчета напряженности электрического поля [4], континуума или решения уравнения Лапласа с расчетом граничных условий, электроды имеют нулевую толщину. Это допущение действительно, когда толщина электродов мала по сравнению с геометрическими размерами секции датчика или погонной длиной электродов. Для миниатюрных датчиков с конечной длиной и толщиной электродов указанные модели приводят к существенным расхождениям между теоретическими и экспериментальными данными. В связи с этим основная нагрузка расчета электрических параметров ложится на численные методы расчета [7, 16, 20-22, 25-29].
Более пятидесяти лет назад численные методы получили интенсивное развитие и широкое применение при расчете реальных электроемкостных конструкций, что предопределило образование этого направления научных исследований в самостоятельную отрасль науки, а именно в вычислительную электродинамику. К настоящему времени в этой области разработаны и используются большое количество аналитических программ и электродинамических систем оптимизации типа: «ELCUT», «SPEAGS-EMCAO», «CSTMicrowaveStudio», «AnsoftFEM» и др., с помощью которых проводят сложные расчеты параметров электродинамических систем и электромагнитных полей.
Развитие вышеприведенных разработок привело к дальнейшему развитию их теории, созданию методик и алгоритмов моделирования электромагнитного поля электроемкостных преобразователей (ЭМП), построению адекватных моделей, эффективных алгоритмов анализа экспериментальных данных [5, 7, 10, 15, 36, 18-23].
Электроемкостные датчики (ЭД) функционируют в различных дестабилизирующих условиях, вызванных внешними электромагнитными воздействиями. Они подвержены кумулятивному эффекту со стороны ближайших предметов, электрически связанных с землей. Это, в конечном счете, приводит к неоднозначности результатов измерений и нарушению нормального функционирования датчика. Для устранения этого недостатка используют новые конструкции датчиков для измерения анизотропии диэлектрических свойств тонких диэлектрических материалов [3, 5, 9, 12, 14, 15, 17, 20, 23, 30], а также применяют и развивают на фундаментальных основах электроемкостные методы контроля [4, 5, 10, 18, 23, 24].
Теория и практические аспекты применения электроемкостных преобразователей и методы измерения на их основе хорошо развиты и апробированы. При этом вопросы проектирования и использования зеркально-симметричных преобразователей, многосекционных экранированных накладных измерительных конденсаторов (МЭНИК), требуют продуманных и взвешенных решений при определении числа факторов и параметров, влияющих на характеристики ЭМП, число которых обычно бывает 10 и более. В связи с этим процесс проектирования датчика по данным [16] является трудоемкой и высокообъемной операцией, а также учитывая сложности структуры объектов контроля, физическое моделирование становится практически невозможным. При таких условиях весь объем расчетной нагрузки возлагается на математическое моделирование, которое реализуется аналитическими или осуществляется численными методами [7, 9, 12, 18-27].
Емкостные преобразователи. Емкостный преобразователь представляет собой конденсатор, электрические параметры которого изменяются под действием входной величины. Конденсатор состоит из двух электродов, к которым подсоединены выводные концы. Пространство между электродами может быть заполнено диэлектриком. При изменении взаимного положения электродов или при изменении диэлектрической проницаемости среды, заполняющей межэлектродное пространство, изменяется емкость конденсатора (рис. 1).
Плоский конденсатор
Поворотный конденсатор
О,
У
Цилиндрический конденсатор
1, 2 - обкладки конденсаторов
Рис. 1. Датчики в виде емкостных преобразователей
На рис. 1. показаны самые простые датчики. По сути, они являются обычными конденсаторами переменной емкости, изменения которой отслеживаются специальной схемой. Они выполняются в виде плоского или цилиндрического конденсаторов. Емкостные измерители подобного типа подвержены сильному влиянию со стороны внешней среды. Лучше всего на их основе реализовывать различные бесконтактные варианты контроля. В качестве емкостного преобразователя в них используют плоский конденсатор.
Его емкость определяется выражением:
С0 =-
"О'-'О 8
(1)
где 5 - расстояние между электродами: So - их площадь, ео - диэлектрическая постоянная: е - относительная проницаемость диэлектрика.
Изменение любого из трех параметров (е, Sо, 5) изменяет емкость конденсатора. У преобразователя с прямоугольными электродами площадью Sо = Ьх имеется некоторый диапазон перемещения пластин х, в котором
емкость линейно зависит от х: Со = 88оЬх / 8 .
Искажением линейной зависимости вследствие краевого эффекта пренебрежем.
В области линейной зависимости чувствительность такого преобразователя постоянна и увеличивается с уменьшением расстояния между электродами:
С0 = ёС / ёх = 88оЬ / 8.
(2)
Обычно этот тип датчика реализуется в виде поворотного конденсатора для измерения угловых смещений, а не в виде варианта со сдвигом (см. рис. 1). Если изменяется расстояние 5 между электродами. Функция преобразования С = / (8) - нелинейная и представляет собой гиперболическую характеристику. Чувствительность такого преобразователя:
~ ёС 880Sо
Со
(3)
ё8 82 8
Она сильнее, чем в предыдущем случае, зависит от расстояния между пластинами. Для увеличения чувствительности целесообразно уменьшение 5, т.к. чувствительность возрастает как 1/ 82 предельное значение 5 определяется технологическими параметрами и приложенным напряжением. Следует учесть, что при большой напряженности поля возможен электрический пробой воздушного промежутка.
Если перемещать диэлектрическую пластину в зазоре плоского конденсатора (см. рис. 1) можно получить преобразователь с переменной диэлектрической проницаемостью. Емкость такого преобразователя определяется как емкость двух параллельно включенных конденсаторов. Один из них Ск образован частью электрода с диэлектрической пластиной, другой С1, оставшейся частью электродов с межэлектродным пространством, не заполненным пластинкой. Если пластинка с относительной диэлектрической проницаемостью е имеет толщину 5, равную расстоянию между электродами, то функция преобразования преобразователя описывается выражением:
^ 88о'к 8о \ 8,
С = С ^ С = 8о'1 Со - С1 + Ск -
^ = ^ ('1 + ^ ) = ^ ['о + (8-Щ ],
(4)
где 'о - площадь электродов; 'к - часть площади диэлектрической пластины, находящаяся между электродами; = 'о — Як ; Як = Ьх. Чувствительность такого датчика постоянна и равна:
' = ¿С = д£ ^ = (8 — 1) . ь .8). ёх д'к дх 8
Часто с целью уменьшения влияния внешней среды используют двухемкостные датчики (рис. 2). Емкостный сенсор подобного типа отличается большей точностью измерения из-за того, что один конденсатор служит в качестве эталонного. Это позволяет компенсировать стороннее влияние. Емкостные преобразователи могут выполняться по дифференциальной схеме.
-1 * ■
[/.ых
■' С2 [К
1
Плоский Цилиндрический Поаоротны
двухемкостной двухемкостной даухе/икостной датчик датчик датчик
Схема включения
двухемкостнога
датчика
1,2 - обкладки конденсаторов
Рис. 2. Двухемкостные датчики
В таких преобразователях средний подвижный электрод обычно соединяется с экранной обмоткой кабеля.
Схемы включения. Для емкостных преобразователей применяют два принципиально различных вида измерительных схем - амплитудные и частотные. Первые обеспечивают преобразование емкости в амплитуду выходного переменного напряжения. Вторые представляют собой колебательный контур, входящий в состав измерительного генератора, н преобразуют изменение емкости в изменение частоты выходного напряжения.
Обычно емкостные датчики питают переменным током высокой частоты ю = 2п/, которая должна значительно превышать наибольшую частоту (А) изменения емкости под действием измеряемой величины. Емкости большинства преобразователей составляют 10-100 пФ, и, поэтому даже при относительно высоких частотах питающего напряжения (/ = 105-107 Гц) их выходные сопротивления велики и равны = 1 / юС = 103 —107 Ом. Выходные мощности емкостных преобразователей, напротив, невелики, и в измерительных цепях необходимо применение усилителей. Допустимые значения напряжения питания емкостных преобразователей достаточно велики, и напряжение питания, как правило, ограничивается не возможностями преобразователя, а условиями реализации измерительной цели.
Оценим параметры простейшего преобразователя малых перемещений, схематическая конструкция которого и эквивалентная схема показаны на рис. 3.
1 1
Генератор *
/////////
Рис. 3. Структурная схема простейшего преобразователя малых перемещений
Здесь и = и- напряжение питающего генератора; Эквивалентная емкость датчика будет равна Сэ = С0 + Сп + Сех; С0 - собственная емкость преобразователя; Сп - паразитные емкости монтажа и электрического кабеля; Сех - входная емкость усилителя; К - выходное сопротивление генератора (значениями сопротивления изоляции кабеля, сопротивления утечки между электродами и входного сопротивления усилителя пренебрежем).
Очевидно, отношение напряжения на электродах датчика 1)с к питающему напряжению и определяет частотный коэффициент передачи, равный:
Ъ. = к сю)=—1—. (б)
и 1 + 7юСЭ
С учетом формулы емкости плоского конденсатора (4) получим, что чувствительность датчика по напряжению будет зависеть от частоты следующим образом:
д=и=и С=и0 юкс . (7)
= й8~ зс' д8 = 8 1+ю2 к 2с2
Определим частоту питания датчика, соответствующую максимуму чувствительности, из условия йД / йю= 0. Отсюда получаем: юКС = 1, или ю= 1/ КС . Для датчика с параметрами: воздушный зазор 8 = 0,1 мм, площадь пластины 5 = 1 см2, R = 104 Ом, получим частоту питания ю = 107 Гц. При напряжении питания и = 100 В ей будет соответствовать чувствительность датчика, равная:
5 = = 500 В/м.
28
На практике достижение такой высокой чувствительности затруднено рядом причин: необходимостью обеспечения равномерности малого зазора в диапазоне единиц и десятков мкм, возможным изменением межэлектродного зазора вследствие линейного расширения под действием температуры, наличием паразитных емкостей, тоже зависящих от температуры, наконец, необходимостью защиты измерительных цепей от наводок. Для уменьшения погрешностей измерительные цепи, включая усилитель сигналов, располагают вблизи датчика.
Для включения недифференциального емкостного преобразователя может использоваться резонансная цепь. Генератор через разделительный трансформатор питает резонансный LC - контур, емкость которого состоит из емкости преобразователя Сэ и емкости подстроечного конденсатора С. При изменении емкости напряжение на контуре изменяется по резонансной кривой. Изменение емкости датчика на АС изменяет напряжение на контуре на АП. Подстроечный конденсатор обеспечивает настройку контура так, чтобы чувствительность измерительной цепи ' = ДП / ДС была максимальной. Чувствительность резонансной цепи довольно высока и увеличивается с увеличением добротности контура.
Дифференциальные емкостные датчики включают преимущественно в мостовые измерительные цепи, позволяющие уменьшить аддитивные составляющие температурных погрешностей и получить линейную характеристику в достаточно большом диапазоне перемещений при увеличении чувствительности вдвое.
Достоинства емкостных датчиков - простота конструкции, малые размеры и масса, высокая чувствительность, возможность измерения быстропеременных величин в широком интервале частот делают их незаменимым инструментом в научных исследованиях. Однако особенности их использования в сложных условиях измерений (высокие и низкие температуры, ионизирующие излучения) требуют высокой квалификации персонала.
Электроемкостью датчики (ЭД) функционируют в различных дестабилизирующих условиях, вызванных внешними электромагнитными воздействиями. Они подвержены кумулятивному эффекту со стороны ближайших предметов, электрически связанных с землей. Это, в конечном счете, приводит к неоднозначности результатов измерений и нарушению нормального функционирования датчика. Для устранения этого недостатка используют конструкцию датчика для измерения анизотропии диэлектрических свойств тонких диэлектрических материалов [3]. Введение в конструкцию датчика дополнительного заземленного экрана над контролируемым объектом (материалом) изменяет глубину проникновения электромагнитного поля. Характеристики этого поля не только в области контроля, но и в подложке являются объектом изучения [3]. Основу ЭД составляют ленточные электроды, расположенные на экранированной подложке. Сечение датчика представлено на рис. 4. В основании подложки находится плоский заземленный электрод охраны 3. Дополнительный плоский заземленный экран размещен поверх контролируемого диэлектрического слоя 4. Он является подвижным. В экспериментальной установке его положение фиксируется с помощью микрометрического винта.
—ГТ--
■я
ЧиМ 1 1' ' 1 ¡: : <; ■ ..г.---- Г / \ _______ 'Н- ац(х|
"Л
он!*) + тМ Сщ(х]
Воздушные карманы, 5 ц \ электроды
I I; I
*-II.
' Го I":
Ч1М
Рис. 4. Вид датчика МЭНИК сбоку
Электрическое поле, создаваемое высокопотенциальными электродами 1, проникая через материал, замыкается на низкопотенциальных электродах 2. Оно ограничено в пространстве плоскими электродами 3 и 4. Низ-копотенцильные электроды 2 имеют потенциал земли V2. В отсутствии дополнительного экрана 4, глубина зоны контроля определяется геометрическими размерами секции датчика и не превосходит половины ее ширины.
Присутствие экрана в области критической толщины, контролируемого материала может привести к потере чувствительности датчика к диэлектрической постоянной и двойственности результатов измерения. Этот эффект двузначности можно устранить проведением измерений за пределами аномальной области (АО). Верхняя граница АО определяется сменой знака алгебраической суммы зарядов, расположенных на стороне высокопо-
тенциального электрода 2, обращенной к подложке и зарядов, расположенных на заземленном экране. Существующие полуаналитические модели [2] не учитывают конечной толщины электродов. Далее с последующим учетом эксперимента модель корректируется введением воздушного зазора.
Как показал анализ научной литературы, представленной в библиографии, в перечне проблем, которые необходимо решать при разработке и применении измерительных систем, одной из самых важных является то, что необходимо измерять не одну, а различные физические величины: деформации, давление, вибрации, скорость вращения и др., преобразованные датчиками в электрические величины - например, силу тока, напряжения, частотно-временные параметры электрических сигналов [12-15].
Мониторинг проблем получения информации с помощью датчиков и др. устройств, проводившийся специалистами в течение многих лет, показал, что решать эти проблемы необходимо в комплексе, с учетом особенностей интеграции датчиков в системы, с учетом перспектив развития микроэлектроники, схемотехники, микропроцессорной техники и других факторов [16]. А это возможно, если датчики будут выполнять не только свою основную функцию - преобразование физических величин, но и ряд функций, которые реализуются последующими узлами измерительной системы, а также некоторыми специальными функциями [17].
Эти идеи многофункциональных датчиков изучались Цапенко М.П., Алейниковым А.Ф., Гридчиным В.А. Также подходы к решению этой проблемы можно найти в работах Тайманова Р.Е. и Сапожниковой К.В. [18], посвященных концепции интеллектуального датчика как датчика с метрологическим самоконтролем.
Подобные датчики получили название интеллектуальных (SmartSensor), и в их состав, кроме собственно чувствительного элемента, могут входить: соответствующая измерительная схема, аналоговые преобразователи (усилитель, фильтр и т. п.), аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор для цифровой обработки, (например, линеаризации, диагностики), контроллер промышленной сети [16].
В работах Рейзмана, Островского и других [19] предлагается подход, основанный на использовании языка функциональных блок-диаграмм (ФБД МЭК 1131-3), однако, не учитывается расширенный функционал интеллектуальных датчиков и выполнение нескольких измерительных функций с коррекцией показаний.
За рубежом также проводились исследования в данном направлении. Результатом является принятие семейства стандартов IEEE 1451 [20-26].
Этим семейством стандартов описывается организация хранения данных конкретного датчика и протоколы обмена датчика с внешними системами. Имеются публикации о разработке датчиков с коррекцией показаний. Однако вопросам создания и функционирования многофункциональных датчиков с несколькими преобразователями, способными выполнять разные алгоритмы обработки, уделяется значительно меньше внимания.
На основе приведенного анализа средств проектирования интеллектуальных датчиков и систем на их основе, по результатам которых был спроектирован программно-аппаратный комплекс под названием «Интеллектуальные датчики с электронными таблицами». Данный комплекс представлен в работах [28-31], где показана его структура рис. 5.
Рис. 5. Структурная схема стенда
Он предназначен для проектирования интеллектуальных датчиков TEDS, выполненных в соответствии со стандартом IEEE 1451.4 [28-31], для изучения программных средств проектирования - библиотеки функций TEDS Lab VIEW и специальных утилит, обучения принципам проектирования каналов измерения в системах автоматизации экспериментальных исследований, испытаний и управления с использованием интеллектуальных датчиков.
Разработка представляет собой систему проектирования, как интеллектуальных датчиков TEDS, так и измерительных систем, реализованную с использованием оборудования и программного обеспечения корпорации National Instruments, дополненную набором интеллектуальных датчиков и адаптером интерфейсов «I-Wire-RS-232».
Разработанный программно-аппаратный комплекс используется для обучения студентов старших курсов технических специальностей при проектировании интеллектуальных датчиков с электронными таблицами и измерительных систем на их основе.
На основании исследований, представленных И.А. Марченков работах [27-31] и др., авторами получены следующие основные научно-практические результаты:
1. Показано, что семейство стандартов IEEE 1451 [23] затрагивает вопросы хранения в основном паспортных характеристик датчиков как первичных преобразователей и организации канала связи с памятью в датчике, в то время как вопросам описания более сложных датчиков уделяется мало внимания.
2. Даны определения многофункционального интеллектуального датчика и многофункционального ре-конфигурируемого интеллектуального датчика (МРИД). Предложена классификация функций интеллектуальных датчиков.
3. Показано, что предложенное обобщенное уравнение многофункционального реконфигурируемого интеллектуального датчика, позволяет учитывать влияющие зависимости от различных факторов, а также описывать данные зависимости в цифровом виде, благодаря чему возможно формирование датчиков с требуемыми параметрами, с использованием большого количества типов первичных преобразователей. Также показано, что разработанный на основе обобщенного уравнения алгоритм работы МРИД существенно упрощает проектирование многофункциональных реконфигурируемых датчиков. На основе обобщенного уравнения и обобщенного алгоритма разработана система проектирования многофункциональных реконфигурируемых интеллектуальных датчиков [29-30].
4. Выполнено исследование тестовых образцов МРИД для проверки эффективности коррекции влияющих факторов и общего тестирования функционирования образцов, показавшее успешность принятого подхода [28].
5. Разработаны, апробированы и внедрены в учебный процесс нескольких университетов программно-аппаратные комплексы по обучению проектированию интеллектуальных датчиков с TEDS и мониторингу параметров окружающей среды.
Датчики (сенсоры). Сенсоры позволяют построить мощные промышленные системы, устройства, исключить необходимость участия человека в управлении техпроцессами, облегчают жизнь в обществе. Так как изменения в диэлектрических свойствах обычно вызываются изменениями в различных физических, химических или структурных свойствах материалов, то диэлектрометрические измерения явились эффективным средством косвенной неразрушающей оценки интересующих параметров в различных производственных и научных исследованиях.
Для эффективного применения на практике диэлектрометрических сенсоров (анг. interdigitated dielectrometry sensors - IDS) большое значение имеет оптимизация их конструктивных параметров, таких как глубина проникновения поля, сила сигнала. Общие принципы проектирования диэлектрометрических сенсоров обсуждались многими исследователями [13, 32, 63-66]. Вопросы проектирования, оценки точности, чувствительности при доступе к материалу, с одной стороны, изложены в работе [64], неразрушающего тестирования - в [65, 66]; изучению концентрических кольцевых сенсоров с учетом толщины подложки посвящена работа [32], экранированных плоских сенсоров - [13, 47].
Развитие планарных технологий, применение лазеров при обработке материалов позволило создать гибкие сенсоры с широким диапазоном электрических, механических и тепловых характеристик [67-69]. По своей архитектуре они относятся к сенсорам с открытой областью пространства. Вопросы их проектирования и применения требуют разъяснения и моделирования [70,71].
В отличие от плоского конденсатора Maxwell - область контроля сенсора с открытой областью пространства не определена, ограничена глубиной и шириной зоны контроля. Эти конструктивные особенности в значительной степени обусловливают функциональные возможности сенсора, характер источников погрешностей и меры их устранения. В литературе нет строгого определения глубины зоны контроля, но одним из возможных способов ее оценки является изучение того, насколько глубоко электрическое поле проникает в контролируемую среду. Координата, в которой достигается 97 % асимптотической емкости, определяется как глубина проникновения. Изменяя геометрические размеры электродов, можно повлиять на глубину зоны контроля сенсора, его чувствительность динамический диапазон и уровень сигнала. Таким образом, конструкция сенсора может быть адаптирована к требованиям, предъявляемым к сенсору.
Основная нагрузка при проектировании сенсоров ложится на математическое моделирование, осуществляемое аналитическими либо численными методами. Аналитические модели для емкостных сенсоров обычно базируются на упрощенных конфигурациях и идеализированных предположениях, которые ограничивают их точность расчета для реальных конструкций [34] и могут приводить к расхождениям между теоретическими и экспериментальными данными.
Для численных расчетов чаще всего используют пакеты Ansoft Maxwell 2D, 3D, Comsol Multiphysics. Следует выделить метод конечных элементов (finite element method FEM) [64], метод граничных интегральных уравнений [34], метод моментов [66]. Метод граничных интегральных уравнений является классическим математическим аппаратом и основан на сведении краевых задач к граничным интегральным уравнениям Фредгольма [49]. Последующая дискретизация интегральных уравнений дает возможность получать и численные решения краевых задач. Преимуществом данного метода по сравнению с методом конечных элементов является отсутствие необходимости дискретизации всей области контроля сенсора и, как следствие, незначительное время расчета [66, 47].
Белорусы А.А. Джежора с соавторами в работе [48] представили математическую модель сенсора с открытой областью пространства, в которой созданная модель позволяет проводить обоснованный выбор конструкции и параметров электроемкостного сенсора открытого типа; определять метрологические характеристики измерительного устройства, решать вопрос технической осуществимости поставленной задачи.
Приведены результаты расчета основных параметров сенсора открытого пространства. Для численного 2D-моделирования использованы методы интегральных уравнений и зеркальных отображений. Поверхность каждого электрода рассматривалась в виде двух параллельных ламелей. Такой подход упростил процедуру численного решения двухмерной задачи. Он позволяет выполнять расчет электрических полей плоских слоистых сред с меньшими временными затратами, с использованием менее мощных компьютеров. Программа численных расчетов реализована в MAPLE.
Проверка адекватности программы осуществлялась для сенсора, выполненного на одностороннем фоль-гированном тефлоне (g = 2,3) толщиной b = 1,0 мм. Для сенсора выполнен расчет электрического поля в трехслойной среде. Расчетная картина поля показала неоднородность распределения силовых линий. Установлено, что глубина зоны контроля не зависит от металлизации поверхности сенсоров. Глубина зоны контроля для сенсора открытого типа лежит в том же диапазоне, что и глубина зоны контроля для плоских накладных измерительных конденсаторов - аналог fringing electric field (FEF) sensors (сенсоров окаймляющего электрического поля).
В работах [47, 49] представлен расчет электрического поля сенсора. Показана его расчетная картина, которая дает представление о ходе силовых линий и их распределения. Установлено, что поле неоднородно, точное значение глубины проникновения определить невозможно [32, 34, 72]. Для сенсоров, окаймляющих электрические поля с экраном в поджложке эмпирическая связь между глубиной проникновения h и пространственным периодом электродов 2r примерно принимается [72]: h = 2r/4-2r/3, где h - эффективная глубина проникновения электрического поля, r - размер секции.
Заключение. Существующий в последнее время - годы все возрастающий интерес к разработке и применению преобразователей (датчиков, сенсоров и детекторов) связан со следующими их наиболее важными преимуществами:
- датчико-сенсорные и др. технологии играют, и будут играть в будущем важнейшую роль в различных областях жизни;
- существует огромное разнообразие их конструкций, которые используются практически во всех отраслях науки и промышленности;
- как показывает обзор развитие фундаментальных основ электроемкостных методов контроля привело к созданию новых научных направлений, что послужило дальнейшему развитию теории и созданию методик и алгоритмов моделирования электроемкостного поля электроемкостных преобразователей, построению адекватных математических моделей, эффективных алгоритмов анализа экспериментальных данных;
- так, в частности, для накладного измерительного конденсатора (MЭHИK) присутствие в его конструкции экрана над контролируемым объектом, в области критической толщины контролируемого материала может привести к потере чувствительности датчика к диэлектрической постоянной или двузначности результата измерения. Для устранения эффекта двойственности, измерения необходимо производить за пределами аномальной области. Верхняя граница аномальной области определяется сменой знака алгебраической суммы зарядов, расположенных на стороне высокопотенциального электрода 2, обращенной к подложке и зарядов, расположенных на заземленном экране 4 0N (см. рис. 4);
- при контроле анизотропии структуры ортотропных материалов необходимо использовать датчики на тонкой подложке толщина которой значительно меньше межэлектродного зазора bo, при этом толщина контролируемого материала h должна быть сравнима с межэлектронным зазором h = ri-ro. Справедливость модели подтверждена экспериментальными измерениями емкости C12 в присутствии заземленного экрана 4 и без него (см. рис. 4).
Разработки устройства контроля диэлектрической проницаемости жидкостей посредством зеркально-симметричных сенсоров со щитом Фарадея позволяет проводить контроль вне лабораторий, удаленный мониторинг смазочных, трансформаторных масел, гидравлических жидкостей. При этом численные расчеты не требуют серьезного компьютерного обеспечения. При этом расчеты выполняются с высокой точностью.
При написании работы были использованы 72 литературных источника. Полученные результаты не противоречат научным исследованиям других авторов, работающих по данной проблеме [1-49, 63-72], а также нашим работам [S2-62].
Работа выполнена по теме гранта № 11.6682.2019.3.S и при финансовой поддержке MИHОБРHAУKИ РФ по программе повышения конкурентоспособности ЮЗГУ среди ведущих научных центров РФ на 2018-202S годы (HK-2018-02S (физические измерения)).
Представленный обзор может быть полезен студентам вузов, аспирантам, исследователям, проектировщикам всех типов электроемкостных преобразователей и специалистам, разрабатывающих измерительные системы.
Список литературы
1. Mатис И.Г. Теория и применение накладных конденсаторов для неразрушающего контроля: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. M., 1976. 46 с.
2. Лихиндер Б.Я., Широков СЖ. Mногомерные измерительные устройства. M.: Энергия, 1978. 312 с.
3. Авторское свидетельство 667914 СССР, GOIR 27/26. Измерительный конденсатор / В. Д. Цели-щев, А.Д. Букарев. - №2380388/18-21. Заявл. 01.07.1976; опубл. 30.0S.1979, Бюллютень № 22.
4. Иоссель Ю.А., Кочанов Э.С., Струнский M.R Расчет электрической емкости. Л.: Энергоиздат, 1981.
288 с.
5. Mатис И.Г. Электроемкостные преобразователи для неразрушающего контроля / И.Г. Mатис. Рига: Зи-натне, 1982. 304 с.
6. Левшина Е.С. Электрические измерения физических величин. (Измерительные преобразователи): учебное пособие для вузов. Л.: Энергоатомиздат, 1983. 320 с.
7. Цапенко M.П Измерительные информационные системы. Структура и алгоритмы, систематическое проектирование: учебное пособие. 2-ое изд. M.: Энергоатомиздат, 198S. 439 с.
8. Виглеб Г. Датчики.; пер. с немец. M.: M^, 1989. 196 с.
9. Алейников А.Ф., Цапенко M.R Mногофункциональные датчики // Измерения, контроль, автоматизация. - 1990. - № 2(74). - С. S0-S7.
10. Khan S.H., Abdullah F. Finito-Element Modeling of Multie lee trade Capacitive Systems for Flow imaging // EE Proceedings-G Circuits Devices and Systems. 1993. Vol. 140. № 3. Р. 216-222.
11. Mamishev A.V., Lesieutre B.C., Zahn M. Optivization of Vulti-Wavelegth Interdigial Dielectrovetry In-struventation and Algorithv // IEEE Trans 3. Die-lectr. Electr.Insul. 1998. Vol. S. № 3. Р. 408-420.
12. Алейников А.Ф., Гридчин В.А., Цапенко M.R Датчики (перспективные направления развития): учебное пособие. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2001. 176 с.
13. Sheiretov V., Zahn V. Modeling of Spatially Periodic Dielectric Sensors in the Presence of a Nod Ground Plane Dounding the Iest Dielectric // IEEE trans. Dielectr. Electr insul. 200S. Vol. 12. № S. P. 992-1004.
14. Эткин Л.Г. Виброчастотные датчики. Теория и практика. M.: MГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 408 с.
15. Фрайден Дж. Современные датчики. Справочник. M.: Техносфера, 200S. S92 с.
16. Ицкович Э.Л. Современные интеллектуальные датчики общепромышленного назначения, их особенности и достоинства // Датчики и системы. 2002. № 2. С. 42.
17. Тесленко В.А. Датчики в система сбора данных и управления // ПиКАД: промышленные измерения, контроль, автоматизация, диагностика. 2004. № 2. С. S0-S6.
18. Тайманов Р.Е., Сапожникова К.В. Mетрологический самоконтроль датчиков // Технические и программные средства систем управления, контроля, измерения (УКИ'10): Тр. конф. с международным участием (18-20 окт. 2010г., Mосква). M.: ИПУ РАН, 2010. CD ROM. C. 1088-1099.
19. Рейзман А.Я., Островский MA., Крачовский В.Е. Интелектуальные датчики: новые средства разработки и новый уровень полевой автоматики // Датчики и системы. 2007. № 10. С. 8-11.
20. IEEE 14S1.2-1997 IEEE Standard for a Smart Transducer Interface for Sensors and Actuators Transducer to Microprocessor Communication Protocols and Transducer Electronic Data Sheet (TEDS) Formats.
21. IEEE 14S1.1-1999 IEEE Standard for a Smart Transducer Interface for Sensors and Actuators- Network Capable Application Processor Information Model.
22. IEEE 14S1.3-2003 IEEE Standard for a Smart Transducer Interface for Sensors and Actuators-Digital Communication and Transducer Electronic Data Sheet (TEDS) Formats for Distributed Multidrop Systems.
S69
23. IEEE 1451.4-2004 Standard for a Smart Transducer Interface for Sensors and Actuators- Mixed-Mode Communication Protocols and Transducer Electronic Data Sheet (TEDS) Formats.
24. Potter D. IEEE PI 451.4 Working Group and National Tnctn.Trv»ntg ЩЕЕ P1451.4's Plug-and-Play Sensors. Sensors. [Электронный ресурс] / December 2002. [Электронный ресурс] URL: http://archives.sensorsmag.eom/articles/1202/14/main.shtml (дата обращения: 20.05.2023).
25. ГОСТ 8.673-2009. Государственная система обеспечения единства измерений. Датчики интеллектуальные и системы измерительные интеллектуальные. Основные термины и определения. Москва: Стандартинформ, 2010. 12 с.
26. ГОСТ Р 8.734-2011. Государственная система обеспечения единства измерений. Датчики интеллектуальные и системы измерительные интеллектуальные. Методы метрологического самоконтроля. Москва: Стандар-тинформ, 2012. 20 с.
27. Егоров А.А. Систематика, принципы работы и области применения датчиков // Журнал радиоэлектроники. 2009. № 3. С. 1-22.
28. Баран Е.Д., Марченко И.О., Полубинский В.Л. Исследование и построение интеллектуальных датчиков с электронными таблицами // Научный вестник НГТУ. 2010. Т. 1. С. 23-34.
29. Марченко И.О. Система проектирования реконфигурируемых интеллектуальных датчиков / И.О. Марченко // Датчики и системы. 2012. № 2. С. 2-5.
30. Марченко И.О. Система проектирования многофункциональных реконфигурируемых датчиков в учебном процессе // Инженерный вестник Дона. 2013. № 4 (27). С. 78-85
31. Марченко И.О. Преимущества многофункциональных реконфигурируемых интеллектуальных датчиков // Материалы 12 международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» АПЭП 2014 в 7 томах. Новосибирск, 22-24 сентября: Новосибирск: Новосибирский государственный технический университет, 2014. Т 3. С. 198-200.
32. Li X.B., Desing Principles for Multichannel Fringing Electric Field Sensors / X.B. Li, S.D. Larson, A.S. Zyuzin // Sensors Joumal, IEEE. 2006. Vol. 6. № 2. P. 434-440.
33. Джексон Р.Г. Новейшие датчики. М.: Техносфера, 2007. 384 с.
34. Джежора А.А. Электроемкостные преобразователи и методы их расчета. Минск: Белоруская наука, 2007. 357 с.
35. Тарчуткин А.Л., Остренко М.В. Использование метода интегральных уравнений для снижения размерности конечно-элементной задачи электростатического поля // Електротехнжа та электроэнергетжа. 2009. № 2. С. 61-64.
36. Измерения, приборы, датчики (теория и практика). СД-23. Морская Электронная Библиотека. ОВИ МУ 33-34, 2011. 11389 с.
37. Джежора А.А. Моделирование и методы электроемкостного контроля ортотропных сред на основе применения зеркально-симметричных преобразователей: автореф. диссер. ... д-ра технич. наук; спец. 05.11.13. ИПФ НАН Беларуси. Москва, 2013. 44 с.
38. Dzhezhora A.A., Naumenko A.M. The Edge Effect on the Electrode Faces upon Testing of Orthotropik Medial // Russian Jornal of Nondestructive Testing, 2014. Vol. 50. № 3. Р. 50-56.
39. Джежора А.А., Рубаник В.В., Царенко Ю.В. Электроемкостные методы и средства контроля в современных технологиях / // Инновации в текстильной промышленности. Витебск: Беларусь,2016. Гл. 2. С. 7-30.
40. Наумеко А.М. Электроемкостный метод контроля и диагностики качества материалов текстильной промышленности / А.М. Наумеко, А.А. Джежора, Е.С. Деменьтева // Инновации в текстильной промышленности. Витебск: Беларусь, 2016. Гл. 9. С. 158-175.
41. Сильвестер П.Л., Феррари Р.Л. Метод конечных элементов для радиоинженеров и инженеров-электриков: пер. с англ. М.: Мир, 1986. 229 с.
42. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. 8-ое изд. БИНОМ: Лабратория знаний, 2015. 639 с.
43. Численные методы.; под ред. М.П. Лапчика. М.: Academia, 2017. 608 с.
44. Семакин И.Г., Русакова О.Л., Тарунин Е.Л., Шкарапута А.П. Программирование, численные методы и математическое моделирование. М.: КНОРУС, 2018. 304 с.
45. Рыжков И.Ю. Численные методы. Теория очередей: учебное пособие. СПб.: Лань, 2019. 512 с.
46. Высокоточный дискретный датчик уровня расходования топлива / Н.Г. Дроздов, Е.А. Бородин, И.Т. Вшивцев, А.Н. Русал, О.А. Валов, А.Б. Вилисов, Р.А. Мельнов, Р.А. Садыков // Датчики и системы. 2021. № 6 (259). С. 51-57.
47. Джежора А.А., Рубаник В.В. Принципы проектирования накладных измерительнхх конденсаторов в присутствии заземленной плоскости // Приборы и методы измерений. 2011. № 2(3). С. 109-115.
48. Математическая модель сенсора с открытой областью пространства / А.А. Джежора, Ю.А. Завацкий, А.В. Коваленко, А.М. Науменко // Приборы и методы измерений. 2020. Т. 11. № 2. С. 22-32.
49. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. 7-е изд. М.: Изд-во МГУ; Изд-во Наука, 2004.
50. Закономерности формирования структуры частиц порошковых композиций на основе алюминия, получаемых механическим реакционным легированием / В.Н. Гадалов, А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, И.В. Ворначева, С.Н. Кутепов, Е.А. Ельников, Д.С. Алымов, Д.И. Нестеров // Материаловедение. - 2019. - № 7. - С. 38-42.
51. Микроэлектромеханические системы и датчики / М.Е. Калинкина, О.И. Пирожникова, В.Л. Ткалич,
A.В. Комарова. СПб: Университет ИТМО, 2020. 75 с.
52. Идентификация размеров дефектов при вихретоковом контроле / В.Н. Гадалов, О.М. Губанов, А.В. Филонович, И.В. Ворначева // Справочник. Инженерный журнал. 2021. № 11 (296). С. 16-19.
53. Мониторинг работоспособности электромеханических систем использованием нейронных сетей для эффективности диагностирования однородной вычислительной среды / В.Н. Гадалов, О.М. Губанов, С.Н. Кутепов,
B.В. Шкатов, А.А. Калинин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 10. С. 333-339.
54. Оценка повреждаемости деталей насосов бурового оборудования в режиме их эксплуатации / В.Н. Гадалов, С.Н. Кутепов, В.Р. Петренко, А.А. Калинин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 10. С. 492-499.
55. Мониторинг кинетических закономерностей износа внутренних поверхностей технологического оборудования из конструкционных материалов, работающих в условиях интенсивной коррозии с применением различных рабочих сред / В.Н. Гадалов, А.Н. Горлов, И.В. Ворначева, А.В. Филонович, И.А. Макарова // Упрочняющие технологии и покрытия. 2022. Т. 18. № 3 (207). С. 106-109.
56. Изучение влияния комбинированной обработки на структуру и свойства электроискровых покрытий на низкоуглеродистой стали самофлюсующимся спецэлектродом / О.М. Губанов, В.Н. Гадалов, А.В. Филонович, И.В. Ворначева., А.Е. Молдахметова, С.А. Войнаш, В.А. Соколова // Упрочняющие технологии и покрытия. 2022. Т. 18. № 12 (216). С. 566-571.
57. Технология и оборудование, металловедение спеченного титана и его сплавов: синтез, структура, фазовый состав, свойства, применение / В.Н. Гадалов, В.Р. Петренко О.М. Губанов, В.В. Пешков, А.В. Филонович. М.: АРГАМАК-МЕДИА, 2023. 272 с.
58. Мониторинг влияния вибровоздействия на поверхностные слои конструкционных металлов и сталей с оценкой их механических и эксплуатационных свойств / В.Н. Гадалов, И.А. Коваленко, С.Н. Кутепов, Ю.В. Скрипкина, А.А. Калинин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. Вып. 3. С. 172-176.
59. Мониторинг с оценкой состояния рельсовой стали на различных этапах ее эксплуатации / В.Н. Гадалов, С.Н. Кутепов, О.М. Губанов, А.В. Филонович, А.А. Калинин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. Вып. 3. С. 258-265.
60. Особенности формирования соединения тонкостенных конструкций из титановых сплавов диффузионной сваркой / В.Н. Гадалов, О.М. Губанов, В.Р. Петренко, А.В. Филонович // Главный механик. 2023. № 4. С. 200206.
61. Анализ производительности процесса электроэрозионного диспергирования в реакторе электроэрозионного диспергирования / В.Н. Гадалов, О.М. Губанов, А.В. Филонович, И.В. Ворначева // Справочник. Инженерный журнал. 2023. № 3 (312). С. 27-32.
62. Физико-химическое и математическое описание диффузионных процессов при сварке порошковых материалов / В.Н. Гадалов, О.М. Губанов, В.Р. Петренко, А.В. Филонович // Справочник. Инженерный журнал. 2023. № 4 (313). С. 3-9.
63. Ни X, Yang W. Planar capacitive sensors-designs and applications / // Sensor Review. 2010. -Vol. 30. № 1.
P. 24-39.
64. Interdigital sensors and transducers / A.V. Mamishev, K. Sundara-Rajan, F. Yang, Y. Du, M. Zahn // Proceedings of the IEEE. 2004. Vol. 92. Issue 5. P. 808-845
65. Single-sided capacitive imaging forNDT / G.G. Diamond [et al.] // Insight-Non-Destructive Testing and Condition Monitoring. 2006. Vol. 48. № 12. P. 724-730.
66. Chen T., Bowler N. Analysis of a concentric coplanar capacitive sensor for nondestructive evaluation on mul-tilayered dielectric structures // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2010. Vol. 17. Issue 4. P. 13071318.
67. Multifunctional Flexible Sensor Based on Laser-induced Graphene / T. Han [et al.] // Sensors. 2019. Vol. 19. № 16. P. 3477-3492.
68. Zuk S., Pietrikova A. Capacitive sensors realized on flexible substrates // Electroscope. 2017. Vol. 17. № 2.
P. 1-5.
69. Khan S., Lorenzelli L., Dahiya R.S. Technologies for printing sensors and electronics over large flexible substrates / // IEEE Sensors Journal. 2015. Vol. 15. Issue 6. P. 3164-3185.
70. Starzyk, F. Parametrisation of mterdigit comb capacitor for dielectric impedance spectroscopy // Archives of Materials Science and Enginering. 2008. Vol. 34. Issue 1. P. 31-34.
71. On the design of capacitive sensors using flexible electrodes for multipurpose measurements / P.Thibault [et al.]) // Review of scientific instruments. 2007. Vol. 78. Issue 4. P. 043903.
72. Numerical analysis on effective electric field penetration depth for interdigital impedance sensor / C. Kim [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. 2013. Vol. 418. № 1. P. 012020.
Гадалов Владимир Николаевич, д-р техн. наук, профессор, [email protected]. Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,
Кутепов Сергей Николаевич, канд. пед. наук, доцент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого,
Филонович Александр Владимирович, д-р техн. наук, профессор, [email protected]. Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,
Калинин Антон Алексеевич, заместитель директора по коммерческим вопросам, [email protected]. Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Чуйченко Артем Андреевич аспирант, [email protected], Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет
MONITORING THE STATUS AND DEVELOPMENT OF RESEARCH IN THE FIELD OF SYSTEMATICS, PRINCIPLES OF WORK, AS WELL AS THEORY AND PRACTICE APPLICATION OF THE HIGH-CAPACITY CONTROL METHOD
(REVIEW)
V.N. Gadalov, S.N. Kutepov, A.V. Filonovich, A.A. Kalinin, A.A. Chuichenko
The article presents an overview of various types of electrical converters: sensors, sensors, etc. devices. Theory and practice, mathematical modeling, design, construction, process research, monitoring of the state and development of research in the field of systematics, principles of operation, as well as theory and practice of the application and development of the electro-intensive control method. The fundamental phenomena underlying the operation of the main types of sensors and sensors are considered. The principles of their functioning and development are described. Various analytical models of capacitive sensors are considered. The influence of a flat grounded screen on the main output characteristics of an electric capacity sensor is investigated. It is established that the presence of a screen above the controlled object, in the area of the critical thickness of the studied material, can lead to a decrease in the sensitivity threshold of the sensor to the dielectric constant or the ambiguity of the measurement results. It is shown that in order to eliminate the duality of the measurement results, they must be carried out outside the anomalous region. A mathematical model of a multi-section shielded overhead measuring capacitor is presented, an assessment of the adequacy of the model on real electrical sensors is carried out. The possibilities of using new and promising converters in various industries of the Russian Federation, medicine and ecology of Russia under the conditions of NATO and US sanctions are noted.
Key words: overhead through-pass converters; overhead measuring capacitor, electric capacitance sensor, measuring capacitor, flat screen, dielectric layer, tape electrodes, mathematical model, anomalous region, sensor.
Gadalov Vladimir Nikolaevich, doctor of technical science, professor, [email protected], Russia, Kursk, Southwest State University,
Kutepov Sergey Nikolaevich, candidate of pedagogical science, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Filonovich Alexander Vladimirovich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Kursk, Southwest State University,
Kalinin Anton Alekseevich, deputy director for commercial affairs of publishing house, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Chuichenko Artem Andreevich, postgraduate, [email protected], Russia, Kursk, Southwest State University
УДК 623.746.-519
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-9-567-658
СОЗДАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ЯЧЕЙКИ ДЛЯ СЕРИЙНОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЕСПИЛОТНОГО
ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
Д.В. Антипов, А.К. Крюкова, А.А. Ткаченко
На сегодняшний день существует множество проблем, связанных с авиационной техникой. В статье рассмотрена одна из наиболее существенных проблем, существующая в настоящие время и предложены пути ее решения, а именно запуск серийного производства беспилотного летательного аппарата. Был разработан список задач, с помощью которых можно определить четкую последовательность решения выявленных проблем. В ходе работы была изучена конструкция, наиболее популярная на отечественном рынке, а именно приведен эскиз самой конструкции и ее членения, и произведена качественная и количественная оценка технологичности данной конструкции, в ходе которой были предложены решения по увеличению технологичности. Для реализации производства был составлен план изготовления беспилотного летательного аппарата, включающий в себя план изготовления деталей и план сборки, также был осуществлён подбор необходимого оборудования и составлена технологическая планировка. Для того, чтобы наглядно проанализировать размещения оборудования была составлена диаграмма потока процессов и диаграмма перемещений, что в дальнейшем может помочь увеличить производительность серийного производства. Все перечисленное выше дает базовое понимание о том, как должна проводиться процедура создания серийного производства беспилотных летательных аппаратов.
Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, серийное производство, диаграмма потока процессов, технологическая планировка, диаграмма перемещений.
В современном мире беспилотные летательные аппараты стали частью жизни человека. Функционал БПЛА разнообразен и применяется во многих сферах жизнедеятельности человека, например: сельское хозяйство, военное дело, транспортное наблюдение.
В настоящие время существуют две основные проблемы:
1.Отсутствие отечественных поставщиков комплектующих для БПЛА. Данная проблема возникает из-за того, что многие производители выбирают более выгодные предложения, а именно зарубежных поставщиков.
2.Отсутствие отработки технологии серийного изготовления БПЛА. Данная проблема является производной от первой - именно из-за отсутствия производства отечественных комплектующих.
Организация производственной ячейки является решением сформулированных выше проблем и целью данной работы. Для её реализации необходимо сформировать список задач:
1.Изучение конструкции беспилотного летательного аппарата.
2.Оценка её технологичности и разработка плана изготовления.
Разработка необходимой для производства документации.
