CC BY
40
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
Таблица 2
Наименование процедуры Основная задача Алгоритм выполнения
Измерение смены кода Обеспечение поиска и определение координат смены выбранных кодов контрольного образца. Последовательное задание значений угла с помощью образцовой меры (имитатор на индукционных делителях напряжения).
Калибровка Обеспечение поиска и получение данных о координатах заданных кодов, определяя разницу между измеренными значениями и значениями, полученными при аттестации контрольного образца, а также формирование структурного массива, описывающего поведение отклонений между значениями, получившимися при аттестации контрольного образца и стандартного измерения координат смены тех же самых кодов. Данный структурный массив используется при дальнейшем внесении коррекции измеренного угла. Нахождение корректирующего значения производится методом линейной аппроксимации. Осуществляется подбор необходимых аппроксимирующих коэффициентов в зависимости от текущего угла.
Аттестация Обеспечение измерение координат смены заданных кодов и расчета погрешности отображения тангенсной зависимости, а также ее дрейфа за определенное количество часов непрерывной работы установки. Сравнение полученных значений с предельно-допустимыми значениями погрешностей, в результате чего определяется возможность дальнейшего использования установки.
Помимо наличия основных процедур получения данных о характеристиках исследуемого АЦП ВТ, автоматизированный программно-аппаратный комплекс должен также иметь процедуры, предназначенные для проверки правильности его функционирования методами, суть которых подробно изложена в [4]. Информационная модель типа «объект-объект» необходимой совокупности таких процедур представлена в таблице 2.
Для определения погрешности отображения тан-генсной зависимости необходимо применять комбинацию методов сличения и замещения [4]. Определение погрешности отображения тангенсной зависимости осуществляется согласно методу, изложенному в [2] в два этапа. На первом этапе находятся координаты смены кода контролируемых квантов контрольного образца АЦП ВТ при помощи меры, а на втором - координаты смены тех же кодов определяются при помощи установки, и вычисляется погрешность отображения тангенсной зависимости.
Вначале добиваются 100% повторяемости контролируемого кода в выборке, корректируя Кд1з1п и Кд1Соз в нужную сторону изменения входного угла. В момент изменения значения величины угла происходит соответствующее этому углу изменение коэффициентов деления Кд1з1п и Кд1Соз , которые необходимо выставить на масштабирующих устройствах (делителях ИДН-6) каналов синуса и косинуса.
Добившись устойчивого контролируемого кода (100% повторяемость в выборке), уменьшая значение величины угла в меньшую сторону, как было указано выше, определяется начальная координата смены кода по наличию 50% (и выше) чередования контролируемого кода с предыдущим.
Таким образом, применяя данные алгоритмы, можно автоматизировать и существенно повысить достоверность проведения оценки функциональных параметров АЦП ВТ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Доросинский, А. Ю. Метрологическое обеспечение АЦП напряжений вращающегося трансформатора /
A. Ю. Доросинский // Надежность и качество : сб. тр. междунар. симп. : в 2 т. - Пенза : Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2006. - Т. 2. - С. 281-283.
2. РД 11 8.0021-88 Система обеспечения единства измерений в министерстве. Средства измерений и контроля параметров изделий. Нормируемые метрологические и точностные характеристики и методы их определения
3. РМ 22.21.16-85. Преобразователи угол-параметр-код. Методы контроля точностных параметров и характеристик.
4. 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.
5. Доросинский А.Ю. Программно-аппаратный комплекс измерения параметров АЦП сигналов вращающегося трансформатора / Доросинский А.Ю., Недорезов В.Г. // «Известия высших учебных заведений. Поволжский регион» №6, 2006. - С. 323-332.
6. 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.
7. Доросинский, А. Ю. Исследование методов анализа данных при оценке параметров цифровых преобразователей угла / А. Ю. Доросинский, В. Д. Зуев // Надежность и качество : сб. тр. междунар. симп. : в 2 т. - Пенза : Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2014. - Т. 1. - С. 179-181.
УДК
Рубцов1 И.С., Гориш3 А.В., Мурашкина2 Т.И., Серебряков3 Д.И., Бадеева2 Е.А., Серебряков2 К.Д., Удалов2 А. Ю.
гФГУП «НПО "Техномаш"», Пенза, Россия
2ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет» , Пенза, Россия 3ОАО «НИИ физических измерений», Пенза, Россия
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СВЕТОВОГО ПОТОКА В ОПТИЧЕСКОМ КАНАЛЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ДАТЧИКА РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЯ АТТЕНЮАТОРНОГО ТИПА
При финансовой поддержке в форме гранта Ми-нобрнауки ведущей научной школы РФ «Волоконно-оптическое приборостроение»
При финансовой поддержке РФФИ в форме гранта 15-08-02675
При разработке и изготовлении волоконно-оптического датчика разности давлений (ВОДРД) на первый план выступают технологические вопро-
сы юстировки оптической системы волоконно-оптического преобразователя разности давлений (ВОПРД) [1], связанные с распределением плотности мощности по сечению пучка света, несущего регистрируемую информацию, характер изменения структуры излучения в зоне среды.
Формализованное представление распределения плотности мощности оптического излучения в про-
странстве зоны среды преобразователя позволяет определить рациональное местоположение аттенюатора относительно рабочих торцов подводящих (ПОВ) и отводящих (ООВ) оптических волокон, упростить процесс юстировки и сборки ВОПРД.
Для этого рассмотрена структура пучка света, сформированного излучающим торцом оптического волокна, подводящего свет в зону среды.
Известно, что в результате множества отражений внутри оптического волокна происходят симметризация пучка лучей относительно оптической оси оптического волокна и усреднение освещенности по выходному (излучательному) торцу волокна [2]. Симметризация приводит к тому, что узкий конический пучок лучей, падающий под некоторым углом на входной торец оптического волокна с прямыми торцами, на выходе заполняет пространственную зону, ограниченную двумя близкими коаксиальными поверхностями. Таким образом, в сечении, перпендикулярном оптической оси, наблюдается кольцевая зона (рисунок 1).
Рисунок 1- Формирование кольцевой зоны на выходе из оптического волокна
Структура пучка света, сформированного излучающим торцом подводящего свет в зону среды ОВ, представляет собой совокупность элементарных параллельных пучков, испускаемых каждой точкой торца ОВ, и соответственно имеет достаточно сложную структуру. В то же время с достаточной точностью можно в структуре пучка выделить две области: внутреннюю I и внешнюю II (рисунок 2, а).
Энергетическая освещенность Е31 площадки S1 радиусом (гс - х^д©ый), создаваемая излучателем в виде круглого диска, в роли которого выступает параллельный поверхности S1 излучающий торец ОВ с постоянной во всех направлениях яркостью поверхности Lе, в сечении В-В, расположенном на расстоянии х±<хд от торца оптического волокна, определяется известной формулой [2]:
Е31 = пЬехз1п2 Р, где т - коэффициент пропускания среды преобразователя и оптических элементов; Р - угол, под которым виден излучающий торец оптического волокна из центра излучающей площадки S1.
В соответствии с рисунком 2,а для 0 < х± < хА
<!„
Р = агс^-^- .
2х.
1
Тогда для слабо поглощающих сред (например,
площадки
(1)
воздуха), у которых т~1, освещенность S1 определится выражением
d„
ES1 = пЬе sin2 (arctg—) .
2x.
i
На рисунке 2,б показано, как изменяется относительное значение освещенности поверхности S1 в сечении В-В при изменении расстояния xi от нее до излучающего торца ОВ.
Если плоскость В-В расположена вблизи излучающего торца ОВ, то освещенность площадки S1 практически равномерна по всей поверхности. При увеличении расстояния х; освещенность поверхно-
сти уменьшается в направлении от оптической оси ОВ к краю поверхности S1. Если освещенность всей поверхности сечения В-В при х; равна Е0, то суммарная освещенность ES2 поверхности, расположенной в зоне II, определится как Е S2 = Ео - Esi.
При проектировании ВОПРД наибольший интерес представляет распределение освещенности поверхности в сечении А-А (рисунок 3).
При х;>ЬФ энергетическая освещенность ES1 площадки S1 близка к нулю, тогда ES2~E0. В этом случае следует воспользоваться формулой (1).
Если плоскость А-А расположена на расстоянии х;~ЬФ, то освещенность площадки S2 резко уменьшается в направлении от оптической оси ОВ.
В том случае, когда диаметр зоны I равен диаметру dc сердцевины ОВ (при х3), освещенность зоны II равномерна.
Таким образом, в зоне среды измерения имеются сечения, в которых освещенность равномерная, и сечения, где освещенность резко уменьшается в направлении от оптической оси.
Задача управления световым потоком в пространстве ВОПМП с открытым оптическим каналом состоит в том, чтобы обеспечить необходимые функцию преобразования Ф(Х, Y, Z), динамический диапазон изменения оптического сигнала и глубину модуляции оптического сигнала.
Функция преобразования Ф(Х, Y, Z) в общем виде для ВОПМП имеет вид [2]:
Ф(Х, Y, Z) = К(Х, Y, Z^o, где К(Х, Y, Z) - коэффициент передачи оптического канала ВОПРД. Коэффициент зависит от способа модуляции оптического сигнала в пространстве зоны среды, поэтому называется «модуляционный пространственный коэффициент». Очевидно, что если световой поток Ф0, поступающий в зону измерений, - величина постоянная, т.е. Ф0=const, то поведение функции преобразования ВОПМП Ф(Х, Y, Z) будет оцениваться по поведению коэффициента К(Х, Y, Z) в диапазоне измерения.
/ (
I
/
I / I ' I '
I/
I!
W2 - ЯдШ
А. й
i \
, хЛ \ \
ч \1
Х)<Х2<Хз<Х>
&/2-Мдвш!
Рисунок 2 - Графические построения к расчету облученности поверхности в сечении В-В пучком
света, сформированным излучающим торцом подводящего оптического волокна
-Л/2 Л/2
-1>двт^к/2! &№а-Л/2)
<Х1 < В
Рисунок 3 - К расчету облученности поверхности
в сечении А-А пучком света, сформированным излучающим торцом оптического волокна
В общем случае данный коэффициент нелинейный и характеризует вносимое аттенюатором затухание светового потока в ООК.
Большинство ВОДРД имеют симметричную конструкцию вдоль оси Y, поэтому для ВОПМП можно записать К(Х, Y, Z) = К(Х, Z).
Модуляционный коэффициент К(Х, Z) определяется произведением двух составляющих, первая из которых К(В) характеризует распределение плотности мощности по сечению пучка света, а вторая К^осв) - степень суммарной освещенности рабочего торца отводящих ОВ (при этом предполагается, что лучи света, претерпевшие определенные преобразования в зоне среды, распространяются вдоль оптической оси датчика в пределах апер-турного угла ©на оптических волокон):
К(Х, Z) = К(В)К(Sосв), (2) где К^осв) = Эдр/Боов, где Sпp - суммарная освещенная площадь приемных торцов ооВ;
Боов - суммарная площадь поверхности ооВ.
Чтобы поведение модуляционной функции К(Х, Z) было прогнозируемо и позволяло однозначно определить вид функции преобразования Ф(Х, Z), необходимо, чтобы коэффициент, характеризующий распределение освещенности К(В), был равен 1, т.е. К(В)=1 (за исключением случаев, когда разрабатываются датчики релейного типа). Это возможно в том случае, когда аттенюаторы и ооВ расположены в плоскости, где распределение ос-
вещенности по сечению, перпендикулярному оптической оси ВоПМП, равномерное.
В ВоПМП с предельными аттенюаторами, когда подводящие (ПоВ) и отводящие (ооВ) оптические волокна расположены напротив друг друга, а аттенюатор (в виде шторки) между ними, данное условие выполняется, если аттенюатор и ооВ расположены относительно ПоВ на расстоянии Хт1п, большем дистанции формирования луча Lф (при Хт1п>ЬФ). В частности, если используются «кварц-кварцевые» волокна с dc=200 мкм, ©А=12град, то хт1п > 50 0 мкм.
На рисунке 4 приведены графики зависимости SПР=f(Z) для ВоПРД при перемещении аттенюатора относительно оптических волокон в диапазоне 0...200 мкм, в котором используются ов с вышеперечисленными параметрами [2].
Зависимость нелинейная. Существенная нелинейность наблюдается на участках 0...50, 150...200 мкм. Это объясняется тем, что в начале и в конце диапазона смещения оптического пятна Zm1n...Zmax относительно поверхности приемного торца ооВ (равный 0... dc) площадь перекрытия изменяется существенно ввиду круглого про-
филя 5).
сердцевины оптического волокна (рисунок
35000 30000 25000 20000
^0000 м
5000
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Перемещение аттенюатора Z, мкм
Рисунок 4 - Графики зависимостей SnP=f(Z)
Предлагается ограничить диапазон перемещения аттенюатора, так чтобы он лежал в пределах 0,25dc...0,7 5dc, где dc=2rc, то есть был равен 0,5dc. В этом случае погрешность линейности снижается почти на порядок.
Таким образом, формализованное представление распределения освещенности в зоне измерения позволяет определить рациональное местоположение модулирующего устройства - аттенюатора относительно рабочих торцов подводящих и отводящих ОВ и тем самым улучшить метрологические характеристика датчика.
0.2 W 0,7М
Рисунок 5 - Графические построения для определения площади перекрытия световым пятном в области торца ооВ
ЛИТЕРАТУРА
1. Радиационно-стойкий волоконно-оптический датчик разности давления для первого контура атомных реакторов /Мурашкина Т.И., Пивкин А.Г., Коломиец Л.Н., Серебряков К.Д., Серебряков Д.И., Бадеева Е.А. //Надежность и качество - 2014 : Статьи Международного симпозиума: в 2 т. под ред. Н. К. Юркова. — Пенза : Изд-во Пенз. ГУ, 2014. - 2 том - 387 с.- С.71-74.
2. 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.
3. Кочегаров И.И. Алгоритм выявления латентных технологических дефектов печатных плат методом оптического контроля / Кочегаров И.И., Ханин И.В., Лысенко А.В., Юрков Н.К., Алмаметов В.Б. // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2013. № 3 (27). С. 105114.
4. Мурашкина Т.И., Пивкин А.Г., Волоконно-оптические датчики давления аттенюаторного типа для ракетной техники: Монография. - Пенза: изд-во Пенз. гос. ун-та, 2005. - 150 с.
