Для авторов
Найти
Результаты поиска
Найдено результатов: 8.
-
БЕСКОНТАКТНЫЙ ФЕРРОЗОНДОВЫЙ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ КЛАПАНА
С.А. Матюнин , Р.А. Жигалов , А.А. Иголкин204-2172025-08-04Аннотация ▼Целью исследования является разработка бесконтактного феррозондового датчика положения для контроля открытого/закрытого состояния клапана. Существует немало примеров использования в современной техники элементов или устройств, взаимодействующих с магнитным полем. Одной из актуальнейших задач является использование влияния магнитного поля в качестве средства контроля или составляющей управляющей среды. Применение магнитооптических датчиков для контроля функционирования технических объектов обусловлено их бесконтактным способом измерения, возможностью изме-рения не только магнитных, но и других различных физических величин, относительной простотой, надежностью и дешевизной конструкции чувствительного элемента, гибко-стью в применении, эксплуатацией в низкотемпературных и высокотемпературных средах. Одним из датчиков подобного типа является феррозондовый преобразователь магнитного поля. Примером объекта внедрения феррозондового датчика являются клапаны различных пневмогидравлических систем. Сущность поставленной задачи заключается в создании бесконтактного концевого переключателя золотника клапана, сигнализирующего о закрытом или открытом состоянии клапана и передающего эту информацию в систему контроля. Предлагается разбиение данной задачи на этапы и последовательное их выпол-нение. Сначала производится поиск и анализ уже существующих решений, реализующих датчик положения с использованием феррозондового метода контроля для усовершенст-вования разрабатываемой конструкции. Далее, разрабатывается первоначальная конст-рукция чувствительного элемента феррозондового преобразователя, согласно начальной конструкции, создается геометрическая 3D-модель чувствительного элемента, выбирается предполагаемый материал составляющих элементов датчика. С помощью численных методов компьютерного моделирования моделируется работа датчика и определяется его выходная характеристика при различных режимах работы. По расчетным характеристикам выбирается и рассчитывается оптимальная конструкция и конфигурация чувствительного элемента датчика. По итогам моделирования разрабатываются сборочные и рабочие чертежи датчика. Предложенный способ решения задачи характеризуется сложностью изучения нелинейных магнитных систем и их моделирования. Результаты данного исследования могут быть рекомендованы для разработки магнитооптических датчиков подобного или иного типа и изучения материалов с нелинейными магнитными свойствами.
-
КОМПЕНСАЦИЯ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В АВИАЦИОННЫХ ПЬЕЗОРЕЗИСТИВНЫХ ДАТЧИКАХ ДАВЛЕНИЯ
М. Е. Дробынин , Давуд Мохаммед Аль-Таи Омар, Е. В. Филина , П.А. Львов , С.А. Кузин2021-12-24Аннотация ▼В настоящее время пьезорезистивные датчики давления (ПДД) широко применяются
в различных микроэлектронных устройствах, используемых в авиационной технике. Пове-
дение электрического сигнала таких ПДД в основном зависит от температуры окружаю-
щей среды. Известно, что на температурный дрейф выходного сигнала ПДД влияют раз-
личные факторы: температурный эффект, зависимость сопротивления чувствительного
элемента от концентрации примесей, зависимость модуля Юнга мембраны датчика и под-
ложки от температуры и др. Установлено, что разработанная ранее аналитическая ка-
либровочная модель выходного сигнала ПДД, учитывающая отдельные температурные
эффекты, не позволяет измерять давление с требуемой точностью в диапазоне изменения
температур, характерном для авиационной техники, — от минус 60 до 140 С. Поэтому
для описания зависимости выходного сигнала ПДД от измеряемого давления и температу-
ры используются традиционные полиномиальные математические модели. В работе ис-
пользуется традиционный подход, когда зависимость выходного напряжения от давления
представляется с помощью полинома относительно невысокого порядка, а зависимости
коэффициентов этого полинома от температуры также задаются соответствующими
полиномами. К сожалению, температурные зависимости коэффициентов адекватно опи-
сываются только полиномами высокого порядка (не менее 7), что усложняет процедуру
идентификации модели и ведет к ошибкам вычислений. Поэтому авторы предложили ис-
кать зависимости коэффициентов от температуры в виде кубических сплайнов. В работе
подробно описана методика идентификации рассматриваемой полиномиальной модели и
получены выражения для корректировки показаний ПДД при измерениях давления в широ-
ких температурных пределах. С целью экспериментального подтверждения работоспо-
собности предложенного метода была использована интеллектуальная промышленная
автоматизированная система градуировки ПДД, описанная в работе. Показано, как с ее
помощью можно снимать экспериментальные данные для градуировки показаний датчика
в широких температурных пределах, и описана процедура идентификации математиче-
ской модели датчика давления, необходимой для минимизации затрат на его сертифика-
цию. Приведены результаты экспериментальных исследований конкретных ПДД, исполь-
зуемых в авиационной технике. -
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ УПРУГОЙ МЕМБРАНЫ ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ СТРУКТУРЫ «КРЕМНИЙ НА САПФИРЕ»
С.П. Малюков , В. Д. Мишнев159-1672025-11-10Аннотация ▼Высокая точность и повышенные эксплуатационные характеристики датчиков давления необходимы для обеспечения безопасности, качества и эффективности в различных отраслях промышленности и техники. Применение метода конечных элементов (МКЭ) при проектировании датчиков давления позволяет улучшить их точность за счёт более глубокого анализа механических и физических процессов, возникающих при воздействии нагрузки от давления. Целью данной работы является построение цифровой трёхмерной модели чувствительного элемента (ЧЭ) датчика давления и анализ напряжённо-деформированного состояния упругой мембраны под действием нагрузки от давления от 0 до 15 МПа. Основные задачи работы: исследование свойств и параметров материалов, применяющихся в составе чувствительного элемента датчика давления на основе структуры «кремний на сапфире»; получение значений максимального эквивалентного напряжения, возникающего в конструкции упругой мембраны ЧЭ при воздействии нагрузки от давления 125% от номинального значения; распределение радиальных и тангенциальных деформаций упругой мембраны и определение наилучшего расположения тензорезисторов на поверхности ЧЭ датчика давления. В результате исследования установлено, что используемые материалы обладают хорошей стойкостью к воздействию агрессивной среды, а также возможностью работы в широком диапазоне температур и при воздействии высоких нагрузок от давления. По результатам моделирования определено значение максимального эквивалентного напряжения, величина напряжения не превышает предел прочности чувствительной мембраны, получено распределение радиальных и тангенциальных деформаций на поверхности ЧЭ, что даёт возможность получить оптимизированный рисунок тензорезисторной мостовой схемы
-
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОЖАРООПАСНЫХ СИТУАЦИЙ
Сингх Санни, А.В. Прибыльский , Е.Ю. Косенко2025-01-30Аннотация ▼Раннее обнаружение пожароопасных ситуаций является критически важным аспектом
обеспечения безопасности, так как позволяет минимизировать риск материальных и человеческих
потерь. Заблаговременное выявление угроз способствует сохранению материальных ценностей,
уменьшению времени на их восстановление и, что важнее, спасению человеческих жизней. В связи
с этим, предлагается новый подход к прогнозированию пожароопасных ситуаций: алгоритм обу-
чения модели прогнозирования пожароопасных ситуаций, а также алгоритм прогнозирования
пожароопасных ситуация, которые разрабатываются на моделях машинного обучения таких как
рекуррентные нейронные сети, случайный лес, оптимизационные деревья, авторегрессионные
нейронные сети и т.д. В исследовании предлагается рассмотреть алгоритмы прогнозирования
пожароопасных ситуаций, разработанных на основе анализа существующих алгоритмов прогно-
зирования, включая методы на основе машинного обучения, статистические модели и симуляци-
онные подходы, учитывая их преимущества и недостатки, показатели точности. Результаты
исследования разработанных алгоритмов показывают, что они способны с точностью 93.33%
предсказывать значение температуры снаружи датчика на основе тестовых данных с комплекса
взаимосвязанных пожарных датчиков, с ошибками MAE = 1.72, MSE = 2.95 в нештатном режиме
на тестовых данных, и с точностью 92.85% температура внутри датчика, ошибки MAE = 1.66,
MSE = 2.75. Точность на тестовых данных в штатном режиме для температуры снаружи со-
ставили 96.27%, ошибки MAE = 1.22, MSE = 1.48, а точность прогнозирования температуры
внутри составила 96.16%, ошибки MAE = 1.24, MSE = 1.53. Для тестовой выборки в 500 000 от-
счетов, ошибки спрогнозированной температуры снаружи составили: MAE = 1.82, а MSE = 3.31,
а точность составили 91.78%. Ошибки спрогнозированной температуры внутри (temp2_inside)
составили: MAE = 1.89, а MSE = 3.57, а точность составили 91.35%. -
ВЫБОР МОДЕЛИ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДАТЧИКА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЬЮ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
С.И. Клевцов2022-08-09Аннотация ▼На примере датчика давления рассматривается проблема подбора модели и пара-
метров функции преобразования микропроцессорного датчика. Функция преобразования
базируется на математической модели, которая ставит в соответствие электриче-
скому сигналу, поступающему с измерительного преобразователя датчика, значение
физической величины. Модель функции преобразования микропроцессорного датчика
должна повторять реальную пространственную зависимость электрического сигнала
от измеряемой величины и учитывать влияние дестабилизирующих факторов, таких как
температура. Микропроцессорные датчики используют для измерения параметров объ-
екта с заданной точностью. Основной вклад в погрешность измерений вносит неточ-
ность аппроксимации реальной функции преобразования ее моделью. Необходимость
достижения оптимального уровня погрешности измерения параметра в системе с уче-
том сложности и стоимости измерений требует управления погрешностью датчика.
С этой целью представлены различные модели и методы аппроксимации. Для эффектив-
ного управления погрешностью предлагается метод мультисегментной пространствен-
ной аппроксимации, в основе которого лежат модели линейных или нелинейных про-
странственных элементов. Сформулирована процедура управления погрешностью. По-
рядок использования модели мультисегментной пространственной аппроксимации ха-
рактеристики преобразования для вычислений давления с учетом влияния температуры
основан на комбинированном применении линейных и нелинейных пространственных эле-
ментов в рамках одной модели. Процедура подбора типа сегмента должна начинаться с
оценки возможности использования сначала линейного пространственного элемента, а в
случае невозможности выполнения требований по точности, анализа использования нели-
нейного элемента. Метод позволяет изменять типы и конфигурацию пространственных
элементов и таким способом влиять на погрешность измерений. Преимущества данного
подхода подтверждаются результатами моделирования. -
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ЕМКОСТНОЕ УСТРОЙСТВО С ДВУМЯ АВТОГЕНЕРАТОРАМИ
Р.Н. Набиев , Г. И. Гараев , Р.Р. Рустамов145-1532025-08-01Аннотация ▼Описаны структура, конструкция, установка, функциональные возможности, техни-
ческие параметры емкостного устройства, применяемого в системах охраны и оповещения
периметров объектов, а также схема запатентованного дифференциально-емкостного
датчика с двумя автогенераторами, который является частью устройства, по результа-
там расчета оценивается вероятность обнаружения несанкционированных вторжений с
использованием этого устройства. Принцип работы емкостного датчика заключается в
преобразовании изменении емкости относительно Земли двух чувствительных элементов,
составляющих защитное ограждение, при приближении или прикосновении к ним посторон-
них лиц в изменение частоты с помощью автогенераторов, а принцип работы емкостного
устройства основан на срабатывании сигнализации при превышении установленного пре-
дельного значения разности частот генераторов. Показано преимущество схем автогене-
раторов, построенных на логических элементах в дифференциально-емкостном датчике, к
входам которых подключены чувствительные элементы, причем один из них используется
как сигнальный, а другой как опорный генератор. Показано, что схемы автогенераторов,
построенных на цифровых микросхемах по той же схеме, значительно упрощаются, когда в
качестве частотозадающих не используются RLC-элементы с сосредоточенными парамет-
рами и кварцевые резонаторы, а их адаптация к изменениям внешней среды происходит ав-
томатически. Чтобы передать высокочастотные сигналы генераторов на ноутбук, сначала
эти сигналы преобразуются в низкочастотные сигналы через делители частоты, которые
находятся в частотомерах, затем эти низкочастотные сигналы преобразуются в цифровые
сигналы с помощью модуля Arduino Uno. Программное обеспечение, написанное на ноутбуке,
вычисляет разницу частот и генерирует сигнал тревоги при определенном значении разно-
сти. На основании расчетов отмечена достаточно высокая вероятность обнаружения не-
санкционированных вторжений на объекты и эффективность использования устройства
охраны и оповещения с дифференциально-емкостным датчиком на основе двух автогенера-
торов в системе авиационной безопасности. -
ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА МОДЕЛИ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДЛЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО ДАТЧИКА ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
С. И. Клевцов2021-11-14Аннотация ▼Рассматриваются вопросы выбора вида и параметров модели характеристики пре-
образования интеллектуального датчика физических величин на примере датчика давле-
ния. Характеристика преобразования интеллектуального датчика представляет собой
математическое, алгоритмической и программное обеспечение для вычисления физической
величины на основе электрических сигналов, которые поступают с измерительных каналов
датчика. Модель характеристики преобразования должна быть адаптирована к конфи-
гурации функции преобразования чувствительного элемента датчика и особенностям по-
ведения этой функции при воздействии внешних дестабилизирующих факторов. В работе
рассмотрены различные модели характеристики преобразования, определены особенности
их применения, достоинства и недостатки, достижимые уровни погрешности аппрокси-
мации реальной характеристики, которые влияют на конечную точность измерений ин-
теллектуального датчика. Интеллектуальные датчики используются для задач измерения
физических величин в различных технических системах и требования к точности измере-
ний в реальных задачах различны. Точность измерений в значительной степени определя-
ется степенью аппроксимации реальной характеристики датчика ее математической
моделью. Чем сложнее модель, тем, как правило, сложнее ее реализовать в датчике и тем
выше стоимость измерений. Поэтому важно управлять погрешностью аппроксимации
характеристики преобразования, чтобы эффективно использовать датчик. Для управле-
ния погрешностью аппроксимации характеристики преобразования интеллектуального
датчика давления предложено воспользоваться методом мультисегментной пространст-
венной аппроксимации, а в качестве сегментов использовать модели линейных или нелиней-
ных пространственных элементов. Определены основные математические выражения,
схема управления погрешностью. Представлены результаты моделирования, которые по-
казывают возможность и преимущества использования метода для формирования про-
странственных моделей характеристики преобразования, которые адаптивны к измене-
ниям реальной функции преобразования датчика, учитывают влияние внешних факторов
на результаты измерений. Кроме того, метод позволяет модифицировать текущую мо-
дель пространственной аппроксимации, изменяя типы локальных пространственных эле-
ментов и таким образом, управлять погрешностью измерений -
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КРЕПЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДАТЧИКА УСКОРЕНИЯ
В.В. Янчич2021-07-18Аннотация ▼Исследования выполнены с целью получения данных, необходимых для повышения
точности расчета и оптимизации конструкций пьезоэлектрических датчиков механиче-
ских величин, которые широко используются для контроля, мониторинга и диагностики
сложного оборудовании и инженерных сооружений в различных областях техники. Задача
исследований состоит в изучении особенностей рабочих деформаций в пьезоэлектрическом
электромеханическом преобразователе в области крепления к основанию датчика и оценке
их влияния на основные метрологические характеристики. Объектом исследования являет-
ся электромеханический преобразователь в виде цилиндрического монолитного блока из
пьезоэлектрической керамики с отношением высоты к диаметру от 0,33 до 2, закреплен-
ный на основании датчика, на которое воздействует поступательное ускорение вибраци-
онных колебаний со стороны контролируемого объекта. С использованием программного
пакета ANSYS Multiphysics исследована математическая модель преобразователя с двумя
принципиально разными типами крепления «свободно-скользящего» и «жесткого». При
этом выявлен механизм поперечного механического шунтирования деформации преобразо-
вателя в области границы жесткого креплении. Для количественной оценки влияния усло-
вий крепления на характеристики преобразователя предложены «коэффициент влияния
крепления» и формула для его определения при различных отношениях высоты к диаметру
преобразователя. Для определения влияния крепления преобразователя в реальных конст-
рукциях датчиков разработана методика и проведены экспериментальные исследования с
учетом свойств используемых на практике конструкционных материалов и наиболее час-
то применяемого упругого поджатия элементов. Установлено, что свойства материала
основания и соотношения размеров преобразователя в реальной конструкции датчика мо-
гут вызывать изменения его коэффициента преобразования по напряжению до 15 %, ко-
эффициента преобразования по заряду до 22 %, электрической емкости до 9 % и частоты
продольного резонанса до 16 %. Влияние граничных условий крепления снижается одновре-
менно с возрастанием относительной высоты преобразователя. Экспериментально полу-
чены данные для расчета коэффициента влияния крепления при выполнении основания
датчиков из металлов с модулем упругости от 74 до 300 ГПа и плотностью от 2,7 до 17,5
т/м3. Результаты проведенных исследований могут учитываться при конструировании
пьезоэлектрических датчиков механических величин.
1 - 8 из 8 результатов
