CC BY
97
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. Частотные преобразователи для датчиков давления на основе нано- и микроэлектромеханических систем: моногр. / В.А.Васильев, Н.В. Громков, А.Н. Головяшкин, С.А. Москалёв; под ред. Д.т.н., проф. В.А. Васильева. - Пенза: Изд-во ПГУ. - 130 с.
2. Васильев В.А., Вергазов И.Р., Громков Н.В., Москалёв С.А. Совмещение функций элементов Ни-МЭМС и частотных интегрирующих преобразователей // В кн.: «Надёжность и качество' 2011». Труды Международного симпозиума. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2011. - С. 112 - 114.
3. Васильев В.А., Вергазов И.Р., Громков Н.В., Москалёв С.А. Датчики давления на основе нано-и микроэлектромеханических систем с частотным выходным сигналом // Открытое образование - М., 2011. - № 2. - С. 42 - 45.
4. Васильев В.А., Громков Н.В. Простое решение задачи уменьшения температурной погрешности тензорезисторных датчиков давления // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика, 2011.
- № 9. - С. 32 - 35.
5. Васильев В.А., Громков Н.В. Датчики давления с частотным выходом на основе нано- и микроэлектромеханических систем, устойчивые к воздействию температур // Нано- и микросистемная техника, 2011. - № 9. - С. 19 - 24.
6. Васильев В. А., Громков Н. В. Частотные измерительные преобразователи для датчиков давления, устойчивых к воздействию температур // Датчики и системы. - М., 2012, № 1 - С. 11 - 16.
7. Васильев В. А., Громков Н. В. Совмещение частотных интегрирующих развертывающих преобразователей с датчиками давления // Измерительная техника. - М., 2012. №8.- C.54 -56; Vasiliev V.
A. , Gromkov N. V. Combining integrating scanning frequency converters with pressure sensors // Measurement Techniques. - USA, New York: Springer, 2012. - V. 55. - N 8 - P. 932-935.
8. Патент РФ№ 2430342 Полупроводниковый датчик давления с частотным выходным сигналом / Васильев В.А., Громков Н.В., Москалёв С.А. // МПК G 01 L9/00, Бюл. № 27 от 27.09.2011 г.
9. Патент РФ№ 2408857 Датчик давления на основе нано- и микроэлектромеханической системы с частотным выходным сигналом / Васильев В.А., Громков Н.В. // МПК G 01 9/04, B82B 1/00 Бюл. № 1 от 10.01.2011 г.
10. Патент РФ№ 2395060 Частотный преобразователь сигнала разбаланса тензомоста с уменьшенной температурной погрешностью // Васильев В.А., Громков Н.В. // МПК G 01 B7/16 Бюл. № 20 от 20.07.2010 г.
11. Патент РФ№ 2396705 Частотный преобразователь сигнала разбаланса тензомоста // Васильев
B.А., Громков Н.В. // МПК Н 03 К 5/00 Бюл. № 22 от 10.08.2010 г.
12. Патент РФ№ 2398196 Устройство для измерения давления на основе нано- и микроэлектромеханической системы с частотным выходным сигналом // Васильев В.А., Громков Н.В. // МПК G 01 L9/04, B81B 1/00 Бюл. № 24 от 27.08.2010 г.
13. Патент РФ№ 2406985 Устройство для измерения давления с частотным выходом на основе нано- и микроэлектромеханической системы // Васильев В.А., Громков Н.В. // МПК G 01 L9/04, B82B 1/00 Бюл. № 35 от 20.12.2010 г.
14. Васильев В.А., Громков Н.В., Капезин С.В., Ломтев Е.А., Мышев В.В., Чернов П.С. Применение частотных интегрирующих развёртывающих преобразователей в измерителях-калибраторах датчиков давления // Известия вузов. Поволжский регион. - М., 2013, № 1.- С. 170-177.
15. Горячев Н.В. К вопросу реализации метода автоматизированного выбора системы охлаждения / Горячев Н.В., Кочегаров И.И., Юрков Н.К. // Алгоритмы, методы и системы обработки данных. 2013. № 3 (25). С. 16-20.
16. Кревчик В.Д., Рудин А.В., Кочкин С.В. Определение модуля Юнга тонких пластин и стержней с помощью колебательной системы с присоединённой массой. Известия вузов. Поволжский регион. Технические науки. - Пенза, 2013. - № 2. - С. 110 - 119.
17. Бардин В.А., Васильев В.А., Чернов П.С. Современное состояние и разработки актюаторов нано- и микроперемещений / В кн.: «Надёжность и качество' 2014». Труды Международного симпозиума
- Пенза, 2014. - Т.2 - С. 123- 127.
18. Меркульев А.Ю. Программные комплексы и системы проектирования печатных плат / Меркульев А.Ю., Сивагина Ю.А., Кочегаров И.И., Баннов В.Я., Юрков Н.К. // Современные информационные технологии. 2014. № 19 (19). С. 119-128.
19. Панич А.Е. Пьезокерамические актюаторы. - Ростов на Дону: РГУ, 2008. - 159 с.
20. Бобцов А.А., Бойков В.И., Быстров С.В., Григорьев В.И. Исполнительные устройства и системы для микроперемещений. - С.-Петербург: ИТМО, 2011. - 131 с.
УДК 388.14
Волков С.В., Князьков А.В., Кожичкин Е.Ю.
ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
СИСТЕМА КОНТРОЛЯ МОБИЛЬНЫХ СРЕДСТВ СВЯЗИ
Введение.
На сегодняшний день устройства мобильной связи получили очень широкое распространение. Наличие мобильного телефона позволяет не только постоянно поддерживать связь, но и предоставляет возможность оперативного получения необходимой информации [1-4]. Однако, использование мобильных устройств в некоторых ситуациях нежелательно, так как они могут создавать помехи аппаратуре различного назначения [5]. Следует отметить и их отвлекающее действие в местах массового присутствия людей, а именно на концертных мероприятиях, при проведении деловых переговоров и т.д. В некоторых местах пользование мобильными средствами связи запрещено вовсе [6].
Контроль и предотвращение несанкционированного использования мобильных устройств может осуществляться с применением следующих методов:
создание шумовой помехи существенной мощности в полосе частот связи телефона, что блокирует его работу;
фиксация факта использования мобильного телефона путем обнаружения излучаемого им сигнала.
Проведенные исследования первого метода показали, что создание мощной шумовой помехи может привести к возникновению юридических конфликтов с операторами мобильной связи. Поэтому для обнаружения мобильных устройств желательно применение второго метода, основанного на фиксации излучения мобильных устройств.
Существующие на сегодняшний день детекторы радиоизлучения не предназначены для решения данной проблемы. Они более универсальны за счет обнаружения сигнала в широкой полосе частот, а отсутствие в их составе алгоритмов фильтрации ухудшает избирательность и приводит снижению помехоустойчивости [7]. Поэтому была поставлена
задача разработать устройство, способное фиксировать факт передачи информации устройством мобильной связи с последующей его индикацией.
Основная часть.
На рисунке 1 приведена структурная схема устройства, которое состоит из следующих основных блоков: А - приемная антенна, РУ - регулируемый усилитель, Ф1-Ф4 - активные фильтры на соответствующий частотный диапазон, Д1-Д4 -детекторы, П1-П4 - пороговые устройства, МК -модуль обработки сигналов на микроконтроллере, ИП - источник питания, ИК - инфракрасный выключатель, СИ - световой индикатор.
СА = 5 • 103 1Ск + Ср + С
Q ■ r ■ f
Z-- ант J max
где Ск mln - минимальное значение емкости контура, Ср - суммарная распределенная емкость контура, Сп - емкость подстроечного конденсатора контура входной цепи, Q - добротность контура, гант - сопротивление антенны, fmax - максимальная граничная частота диапазона.
Известно [8], что мощность радиосигнала в точке приема равна:
р = Р0тЛзфф.м.У2(й,У)У'2(й>') 4 жг2
где Р - излучаемая передатчиком мощность; Ст -максимальный коэффициент усиления передающей антенны; Аэфф.ж - максимальная эффективная площадь приемной антенны (пропорциональная геометрической площади антенны); Р2(б, (р) - функция диаграммы направленности передающей антенны; Р'2(0', - функция диаграммы направленности
приемной антенны.
Из этой формулы можно получить максимальную дальность радиосвязи при условии, что антенны направлены друг на друга,
^тЛэфф.м.
Рисунок 1 - Структурная схема устройства
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом: в момент, когда мобильный телефон переходит в активный режим работы, излучаемый им сигнал принимается антенной А, после усиления в блоке РУ с предварительно установленным коэффициентом, исходя из фактического радиуса действия зоны обнаружения, усиленный сигнал поступает на соответствующий блок активной фильтрации, состоящий из полосовых фильтров Ф1-Ф4, каждый из которых настроен на соответствующую полосу частот:
Ф1-GSM 900 (диапазон частот 890-915 МГц);
Ф2-GSM 1800 (диапазон частот 1710-1785 МГц);
Ф3 -3G (диапазон частот 1920-1980 МГц);
Ф4 -Bluetooth (диапазон частот 2,4-2,45 ГГЦ);
Применение полосовых фильтров Ф1-Ф4 позволяет избавиться от ложного срабатывания устройства при наличии помех, а также, при необходимости, позволяет определить диапазон, в котором осуществляется прием излучения.
Основные требования к приемной антенне заключаются в обеспечении круговой диаграммы направленности, небольших габаритных размеров, достаточной широкополосности. Длина антенны l < 0,5Àmln, где Àmln - наиболее короткая волна принимаемых электромагнитных волн.
Для снижения габаритных размеров разрабатываемого устройства входную связь антенны проще взять емкостную. При этом отрицательным явлением может служить изменение коэффициента связи антенны с усилителем радиочастоты при увеличении частоты принимаемого сигнала. Так как в нашем случае изменение частоты в принимаемом диапазоне имеет почти двухкратное значение, при принятии собственной частоты антенны равной foa = Ф2GSM1800 , емкость связи будет равна:
Для вычисления дальности требуется осуществить перевод мощности передатчика и чувствительности приемника из децибел в ватты. Воспользуемся формулой
Р = 1мВт • 1О"Т0М ,
где РдБм - мощность передатчика в децибелах, а Р - мощность передатчика в ваттах.
Подставив в формулу РдБм = 4 дБм, получаем
Р = 1мВт • 1010 = 2,5 • 10-3 Вт .
Для чувствительности приемника Рп.т±п = -84
дБм, получаем р
1 пп
Подставим найденные значения в формулу для расчета дальности
2,510-3 Вт0,52510-6 м2
rm = I-12-= 25 м .
Л) 410-12Вт4я:
Это значение приблизительно соответствует требованиям системы Bluetooth, и может послужить отправной точкой расчета геометрии антенны.
Далее сигнал с фильтров поступает на амплитудные детекторы Д1-Д4, реализованные на базе диодных сборок. После детектирования сигнал поступает на пороговые устройства П1-П4, на выходе которых появляется импульс заданной длительности. Полученный сигнал подается на один из информационных входов блока обработки МК, реализованного на микроконтроллере PSoC фирмы Cypress [9]. Внутренняя архитектура последнего позволяет применить его в составе предлагаемого устройства. Микроконтроллер обрабатывает поступивший импульс и выдает сигнал на световой индикатор СИ.
Питание устройства осуществляется от источника питания ИП, в качестве которого используется малогабаритная аккумуляторная батарея. Для исключения нежелательного выключения устройства предлагается использовать ИК-модуль, работающий в качестве приемника в диапазоне инфракрасного излучения. Для его включения используется пульт управления, команды с которого поступают на модуль ИК. При отсутствии сигнала включения с пульта устройство находится в дежурном режиме, при котором потребляется минимальная энергия.
Заключение.
В заключение следует отметить, что предлагаемое устройство может определить наличие близкорасположенных мобильных телефонов, находящихся в режиме передачи как речи, так и текстовых сообщений, отправки данных по сети 3G или каналу Bluetooth. Это делает его применение, несомненно, целесообразным для реализации различных систем безопасности [6, 10, 11, 14]. Заложенные широкие функциональные возможности предлагаемого устройства позволяют использовать его в различных ситуациях, где необходимо осуществить контроль недопустимого использования мобильных телефонов, например, при проведении ЕГЭ в школах или вступительных экзаменов в ВУЗ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Волков С.В., Захарова О.О., Колдов А.С., Чапаев В.С. Система автоматического контроля и управления параметрами объекта. // Надежность и качество. : Труды международного симпозиума: в 2-х т. / Под ред.Н.К. Юркова. - Пенза: Изд- во ПГУ, 2014 - 2т., стр. 91-93.
2. Волков С.В., Дудоров М.Ю., Колдов А.С., Чапаев В.С. GSM-телеметрия. // Надежность и качество.: Труды международного симпозиума: в 2-х т. / Под ред.Н.К. Юркова. - Пенза: Изд- во ПГУ, 2013 - 2т., стр. 57-5 9.
3. Меркульев А.Ю. Программные комплексы и системы проектирования печатных плат / Меркульев А.Ю., Сивагина Ю.А., Кочегаров И.И., Баннов В.Я., Юрков Н.К. // Современные информационные технологии. 2014. № 19 (19). С. 119-128.
4. Волков С.В., Бахмутский А.А., Сазыкин П.А. Принципы построения систем контроля удаленных объектов на базе GSM-канала // Надежность и качество. Труды международ. симпоз. В 2-х томах. Том 2. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2007. - С. 12 - 14.
5. Волков С.В., Бахмутский А.А., Сазыкин П.А. Аппаратный GSM контроль // Новые технологии в образовании, науке и экономике. Труды XVII-го Междунар. Симп. - М.: Инф-изд. центр Фонда поддержки вузов, 2007. - С. 21 - 27.
6. 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.
7. Волков С.В. Компенсация аддитивных периодических помех в измерительных преобразователях //Методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации. Сборник научных статей Международной научно-технической конференции - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2014. - C. 128-131.
8. Волков С.В., Кулапин В.И., Светлов А.В. Современные технические решения и проблемы в обеспечении комплексной безопасности // Надежность и качество сложных систем. 2014. № 4 (8). С. 6168.
9. Индикатор СВЧ излучения / Нечаев И. / Радио, 2004, №12, с. 64-65.
10. Белов А.Г. Обеспечение влагозащитного покрытия печатных узлов датчика протечки / Белов А.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.
11. Радиоприёмные устройства: Учебник для вузов под редакцией Н.Н.Фомина - М.: Радио и связь, 1996.
12. http://www.cypress.com/?docID=4 6322.
13. Журавлев, С. П. Построение интеграционных связей в комплексной системе безопасности /С. П. Журавлев, П. П. Журавлев // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. -2008. -№ 4. -С. 116-125.
14. Байдаров С.Ю., Комаров В.В., Паршуков М.Ю., Светлов А.В. Методика обработки результатов измерений параметров операционного усилителя // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2011. -№ 4. -С. 128-140.
УДК 004.932.2
Григорьев А.В., Данилова Е.А., Бростилов С.А., Наумова И.Ю., Лапшин Э.В., Баранов А.А.
ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
СТРУКТУРА МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВИБРАЦИЙ ПО СЛЕДУ РАЗМЫТИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ КРУГЛОЙ МЕТКИ
Структура методики представлена на рис. 1.
Рисунок 1 - Структура методики бесконтактного измерения параметров вибраций Исходные данные для измерения параметров вибраций представлены на входах 1...5 (табл. 1).
Входы структуры и исходные данные Таблица 1
Порядковый номер входа Данные
Обозначение Наименование
1 Sq Площадь метки
2 ha Изображение метки на исходной позиции при отсутствии вибраций
3 b1 Изображение метки при приближении к ней регистрирующего устройства на расстояние Ал при отсутствии вибраций
4 Az1 Расстояние, на которое приближается регистрирующее устройство к метке при калибровочных измерениях
5 hsv След вибрационного размытия изображения метки
Данные, которые являются для данной методики выходными, то есть результатами реализации методики, представлены на выходах структуры 1...4 (табл. 2). Выходы структуры и результаты реализации методики Таблица 2
Порядковый номер выхода Данные
Обозначение Наименование
1 Ax Проекция вектора амплитуды виброперемещения на ось абсцисс
2 Проекция вектора амплитуды виброперемещения на ось ординат
3 Az Проекция вектора амплитуды виброперемещения на ось аппликат
4 A Модуль вектора амплитуды виброперемещения
Наименования структурных блоков представлены в табл. 3
