CC BY
93
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. Захарьящев Л.И. Конструирование линий задержки. - М.: Сов. Радио. - 1972. - 192с.
2. Джонсон Р. Механические фильтры в электронике: Пер.с англ.-М.: Мир. - 1986. - 406 с.
3. Трусов В.А. Однопозиционный модуль управления шаговым двигателем / Трусов В.А., Кочегаров И.И., Горячев Н.В., Юрков Н.К. // Теоретические и прикладные аспекты современной науки. 2015. № 7-3. С. 131-133.
4. Прошкин В.Н. Магнитострикционные преобразователи линейных перемещений для специальных условий эксплуатации // Датчики и системы. - М.: 2007. - № 6. - С. 35-38.
5. Стюхин В.В. САПР в расчёте и оценке показателей надёжности радиотехнических систем / Стюхин
B.В., Кочегаров И.И., Трусов В.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 287-289.
6. Прошкин В.Н., Магомедова М.А. Прошкина Л.А., Трусов Е.В. Совершенствование формирователя импульсов тока возбуждения магнитоупругих волн в линейном акустическом осцилляторе с целью уменьшения массогабаритных характеристик магнитострикционных преобразователей //Труды международного симпозиума «Надежность и качество». - Пенза: изд-во ПГУ. - 2014. - Т. 2. - С. 86-89.
7. Кочегаров И.И. Компьютерный комплекс исследования основных функций микроконтроллеров / Кочегаров И.И., Трусов В.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2006. Т. 1.
C. 192-194.
8. Прошкин В.Н., Магомедова М.А., Прошкина Л.А., Трусов Е.В. Совершенствование импульсных усилителей токовых сигналов с линейного акустического осциллятора магнитострикционных преобразователей параметров движений //Труды международного симпозиума «Надежность и качество». - Пенза: изд-во ПГУ. - 2014. - Т. 2. - С. 83-86.
УДК 681.586.785 УДК 534.283.2
Прошкин1 В.Н., Магомедова1 М.А., Прошкина2 Л.А., Трусов2 Е.В.
гФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет», Пенза, Россия 2ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ТРЕБОВАНИЙ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫХ К ДЕМПФЕРАМ АКУСТИЧЕСКОГО ВОЛНОВОДА МАГНИТОСТРИКЦИОННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЙ
Введение
Демпфер акустического волновода (ДАВ), как составная часть линейного акустического осциллятора (ЛАО) в магнитострикционных преобразователях параметров движений (МППД) используются для уменьшения уровня отраженных сигналов от концов ферромагнитного цилиндрического акустического волновода (ЦАВ). С этой целью волновод снабжаются специальными устройствами, в результате чего удельное затухание концевых участков
волновода плавно возрастает до такой величины, когда уровень отраженных от концов волновода сигналов отсутствует или не превышает допустимого значения.
Конструктивно демпферы могут быть подвижными (рисунок 1, а - г) и неподвижными (рисунок 2, а, б). Демпфер, изображенный на рисунке 1, а широко используется в изделиях фирм MTS Systems Corporation Sensors Division (США); MTS Sensor Technologie GmbH & Co. KG (Германия) [1].
Регулируемый демпфер
Демпфер экспоненциальной формы многослойный
а)
Составной демпфер
Шеллак
ь, пропитая в поры феррит
Герметик ВГ -1 в)
Демпфер экспоненциальной формы однослойный
/ /м
■ ■ у — ?
Металлическая оплетка Резиновые кольца
б)
Состав, битум, клей ЕФ-2, синтетические смолы, _шелл ак, термо гЛ аст иче ская мастика
г)
Рисунок 1 - Неподвижные акустические демпферы: Р1, Р2, Р3 - коэффициенты, отражающие величину статического прижимного усилия на поглощающую нагрузку демпфера с последующей его механической фиксацией; 1заз - длительность зоны активного затухания; 1рзо - длительность зоны рабочего обзора
Демпферы (рисунок 1, б, в и г) подробно описаны соответственно в следующих источниках информации [2 - 4]. Подвижные демпферы [5, 6], показанные на рисунке 2, а и б позволяют умень-
шить габаритные размеры измерительного преобразователя МППД, но при этом снижаются скоростные характеристики системы позиционирования [7].
А-А
а)
б)
Рисунок 2 - Подвижные акустические демпферы: а) - барабанный демпфер с геликоидальными демпфирующими канавками; б) - демпфер в виде сдвоенных роликов. 1 - барабан; 2 - демпфирующие канавки; 3 - акустический волновод с функцией пружинной спирали
Наиболее распространенными материалами для ДАВ служит кожа, каучук, резина, олово и т.п. Однако эти демпферы имеют сложную конструкцию и большие массогабаритные размеры. С некоторыми из них измерительные преобразователи магнитост-рикционных приборов способны нормально функционировать в узком температурном диапазоне (минус 40 ...+ 85 °С).
Основные характеристики и параметры акустических демпферов. Акустические демпферы характеризуются следующими основными характеристиками:
акп - коэффициент поглощения, определяемый как обратная величина того расстояния, на котором амплитуда звуковой волны уменьшается в Ы-ое количества раз, см-1 или дБ/см;
1дав (1заз) - длина демпфера акустического волновода (зона активного затухания магнитоаку-стической волны), мм;
(¿дав - диаметр демпфера акустического волновода, мм;
Степень поглощающей способности материала демпферов на 10 см длины определяется выражением Кп =Ап/Аот • 10/1погл, где Кп - коэффициент, характеризующий поглощающую способность материала демпфера на 10 см длины; Ап - амплитуда прямого сигнала; Аот - амплитуда отраженного сигнала от конца ЦАВ [4].
Известные демпферы имеют следующие наилучшие характеристики: Кп = 25 дБ, (¿дав = 5 мм, 1дав
( 1 заз) = 100 мм.
Требования к акустическим демпферам. Акустические демпферы, в составе МППД нового поколе-
Перечень основных ВДФ и ВВВ на
ния должны обладать следующими качественными показателями:
низкими массогабаритными размерами; высокой поглощающей способностью; стабильностью физико-механических свойств в течение продолжительного времени в нормальных и специальных условиях эксплуатации.
Факторы, влияющие на характеристики акустических демпферов. На характеристики и параметры ДАВ большое влияние оказывают как внутренние дестабилизирующие факторы (ВДФ), сформированные в результате нарушения технологии их изготовления, так и внешние возмущающие воздействия (ВВВ) различной физической природы. В таблице 1 приведен основной перечень этих воздействий, которые в значительной степени влияют на поглощающую способность демпферов и на выходные характеристики измерительных сигналов МППД. Предложены мероприятия на устранение или ослабление указанных возмущающих воздействий.
В таблице приведены результаты систематизации основных дестабилизирующих факторов, действующих на акустические демпферы. Отражено влияние ВДФ и ВВВ на физико-механические характеристики демпфирующих материалов, а также на характеристики измерительных сигналов МППД. Указанные явления и параметры образуют следующую группу: линейные размеры (ЛРД), поперечная геометрия (ПГД), структура демпфера (СД); нарушение демпфирующих свойств (НДС), прекращение демпфирующих свойств (ПДС) демпфера; параметры полезного измерительного сигнала (ППИС) - амплитуда, длительность, скорость нарастания и спада импульса на выходе ЛАО. акустический демпфер Таблица 1
Вид ВДФ и ВВВ Влияние ВДФ и ВВВ Мероприятия на устранение или уменьшение ВДВ и ВВВ
Температурные воздействия ЛРД, ПГД, НДС, ПДС, СД, ППИС Разработать новые конструкции ДАВ в широком диапазоне температур
Агрессивные среды ЛРД, ПГД, СД, НДС, ППИС Поместить ЛАО с ДАВ в герметичный корпус, выполненный из материала стойкий к агрессивной среде
Старение ЛРД, ПГД, СД, НДС, ППИС Использовать новые конструкции демпферов со стабильными свойствами в течение гарантийного срока службы
Ударные и вибрационные воздействия НДС, ППИС 1. Разработать новые конструкции ДАВ в широком спектре ударных и вибрационных воздействиях 2. Отделить центральную рабочую зону ЛАО от периферийной зоны акустическим экраном из дискретных сред
Механические воздействия СД, ПНДС, НДС, ППИС Использовать монолитные конструкции ДАВ без регулировочных и подстроечных элементов
Наиболее типичными характеристиками или явлениями, протекающими в ДАВ и их влияние на выходной результат МПЛП под воздействием ВДФ и ВВВ, могут быть следующее:
линейные размеры, поперечная геометрия, структура демпфера;
нарушение или прекращение демпфирующих свойств демпфера;
параметры полезного измерительного сигнала -амплитуда, длительность, скорость нарастания и спада импульса на выходе ЛАО измерительного преобразователя.
Технология получения акустических демпферов для нового поколения МППД. Уменьшение амплитуды и интенсивности ультразвуковых волн (УЗВ) происходит по мере ее распространения вдоль ЦАВ. Основными причинами затухания УЗВ являются: рассеяние звука на неоднородностях среды, в результате чего уменьшается поток энергии в первоначальном направлении распространения; необратимый переход энергии звуковых волн в другие формы, в частности в тепло, т.е. поглощение звука. Рассеяние звука происходит из-за резкого изменения свойств среды, ее плотности и модулей упругости или из-за различных инородных
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-
