pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2016-7-2-211-218pimi-259Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsИДЕНТИФИКАЦИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АВИАЦИОННЫХ ДАТЧИКОВ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗОВIDENTIFICATION OF DYNAMIC CHARACTERISTICS OF AIRCRAFT GAS TEMPERATURE SENSORSСабитовА. Ф.SabitovA. F.

Адрес для переписки: Сабитов А.Ф. –  Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ, ул. К. Маркса, 10, 420111, г. Казань, Россия e-mail: alfir-sabitov@yandex.ru

Address for correspondence: Sabitov A.F. A.N. Tupolev – Kazan National Research Technical University, 10, K.Marx str., Kazan, Tatarstan, 420111, Russia e-mail: alfir-sabitov@yandex.ru

alfir-sabitov@yandex.ruСафинаИ. А.SafinaI. A.Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИРоссияA.N. Tupolev Kazan National Research Technical UniversityRussian Federation20161209201672211218Copyright © Сабитов А.Ф., Сафина И.А., 20162016Сабитов А.Ф., Сафина И.А.Sabitov A.F., Safina I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/259

В соответствии с отраслевым стандартом определение динамических характеристик авиационных датчиков температуры газов (ДТГ) должно производиться только на аттестованных воздушных установках по зарегистрированным экспериментальным переходным характеристикам. Экспериментальные переходные характеристики содержат помехи различной природы и могут повлиять на точность идентификации искомых динамических характеристик ДТГ. С целью повышения точности идентификации динамических характеристик авиационных ДТГ предложен новый метод. Метод основан на использовании амплитудного спектра сигнала, сформированного из экспериментальных переходных характеристик. Сформированный сигнал представляет собой импульсный затухающий сигнал, удовлетворяющий условиям Дирихле, и к нему может быть применено преобразование Фурье для получения амплитудного спектра. Для трех математических моделей ДТГ выведены соотношения, связывающие амплитудные спектры сформированных сигналов с постоянными времени искомых динамических характеристик. Исследования показали, что основная информация о динамических свойствах штатных авиационных ДТГ сосредоточена в низкочастотной части амплитудного спектра в диапазоне примерно от 0 до 1 рад/с и с гарантией – до 3 рад/с. Установлено, что при использовании низкочастотной части амплитудного спектра для идентификации динамических характеристик ДТГ, наличие помех в переходных характеристиках с частотой выше 3 рад/с не будет оказывать влияния на точность получаемых результатов. Амплитудный спектр сформированного сигнала может быть определен с помощью измерительных приборов в виде низкочастотных анализаторов спектра или вычислен в математических пакетах, содержащих функции быстрого преобразования Фурье. Установление значений постоянных времени выбранной математической модели ДТГ по информативной части амплитудного спектра может быть реализовано с помощью регрессионного анализа или путем использования встроенных процедур, имеющихся в различных системах обработки данных. Таким образом, показано, что предлагаемый метод позволит повысить точность идентификации динамических характеристик авиационных ДТГ. 

The estimation of dynamic behavior of aircraft gas temperature sensors (GTS) has to be done only in certified air installations and be based on recorded experimental transient response in accordance with the departmental standard. Experimental transient response has hindrances of different nature and can influence the accuracy of identification of dynamic behaviour of GTS. We suggested a new method to increase the accuracy of identification of dynamic behavior of GTS. The method is based on the use of amplitude spectrum of signal composed of experimental transient response. Shaped signal is an impulse decaying signal satisfying a Dirichlet condition and Fourier transform can apply to it to get amplitude spectrum. We worked out the relation between amplitude spectrum of shaped signals and time constant of dynamic behaviour for three mathematical models of GTS. The research showed that the information about dynamic behaviour of standard aircraft GTS is located in LF part of amplitude spectrum in the range of 0 to 1 rad/s and to 3 rad/s. The study revealed that hindrance in the transient response at frequency higher than 3 rad/s did not influence the accuracy of results if to use LF part of amplitude spectrum for the identification of dynamic behaviour of GTS. The amplitude spectrum of shaped signal can be estimated by measuring equipment like LF spectrum analyzer or calculated by software package with the function of fast Fourier transform. The value of time constant of certain mathematical model of GTS can be realized with the help of regression analysis or the use of embedded resources of different data processing systems. Thus, the method gives an opportunity to increase the accuracy of identification of dynamic behavior of GTS. 

В соответствии с отраслевым стандартом определение динамических характеристик авиационных датчиков температуры газов (ДТГ) должно производиться только на аттестованных воздушных установках по зарегистрированным экспериментальным переходным характеристикам. Экспериментальные переходные характеристики содержат помехи различной природы и могут повлиять на точность идентификации искомых динамических характеристик ДТГ. С целью повышения точности идентификации динамических характеристик авиационных ДТГ предложен новый метод. Метод основан на использовании амплитудного спектра сигналасформированного из экспериментальных переходных характеристик. Сформированный сигнал представляет собой импульсный затухающий сигналудовлетворяющий условиям Дирихлеи к нему может быть применено преобразование Фурье для получения амплитудного спектра. Для трех математических моделей ДТГ выведены соотношениясвязывающие амплитудные спектры сформированных сигналов с постоянными времени искомых динамических характеристик. Исследования показаличто основная информация о динамических свойствах штатных авиационных ДТГ сосредоточена в низкочастотной части амплитудного спектра в диапазоне примерно от 0 до 1 рад/с и с гарантией – до 3 рад/с. Установленочто при использовании низкочастотной части амплитудного спектра для идентификации динамических характеристик ДТГналичие помех в переходных характеристиках с частотой выше 3 рад/с не будет оказывать влияния на точность получаемых результатов. Амплитудный спектр сформированного сигнала может быть определен с помощью измерительных приборов в виде низкочастотных анализаторов спектра или вычислен в математических пакетахсодержащих функции быстрого преобразования Фурье. Установление значений постоянных времени выбранной математической модели ДТГ по информативной части амплитудного спектра может быть реализовано с помощью регрессионного анализа или путем использования встроенных процедуримеющихся в различных системах обработки данных. Таким образомпоказаночто предлагаемый метод позволит повысить точность идентификации динамических характеристик авиационных ДТГ.dynamic behavioridentificationgas temperature sensorspectral analysisamplitude spectrumReferencesЛьюнг, Л. Идентификация систем. Теория для пользователя / Л. Льюнг ; пер. с англ.; под ред. Я.З. Цыпкина. – М. : Наука, 1991. – 432 с.L’jung L. Identifikaciya sistem. Teoriya dlia pol’zovatelia [System Identification. Theory for the User]. Moscow, Nauka Publ., 1991, 432 p.Мясникова, Н.В. Подходы к спектральному анализу в задачах идентификации динамических характеристик / Н.В. Мясникова, М.П. Строганов, М.П Берестень, В.П. Иосифов // Приборы и системы управления. –1992. – № 5. – С. 21–23.Mjasnikova N.V., Stroganov M.P., Beresten’ M.P., Iosifov V.P. [Approaches to spectral analysis in problems of identification of dynamic performance]. Pribory i sistemy upravlenija. [Devices and control systems], 1992, no.  5, pp. 21–23 (in Russian).Шербаков, М.А. Восстановление входного сигнала по результатам идентификации динамических характеристик средств измерений / М.А. Шербаков, В.П. Иосифов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2007. – № 3. – С. 3–8.Sherbakov M.A., Iosifov V.P. [Restoration of the input signal based on the results of identification of dynamic characteristics of measuring instruments]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenij. Povolzhskij region. Tekhnicheskiye nauki. [Proceedings of the higher educational institutions. Volga region. Technical science], 2007, no. 3, pp. 3–8 (in Russian).Иосифов, В.П. Определение полных динамических характеристик средств измерений с применением рекуррентных процедур / В.П. Иосифов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2011. – № 1 (17). – С. 126–131.Iosifov V.P. [Determination of the full dynamic characteristics of measuring instruments with the use of recurrent procedures]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenij. Povolzhskij region. Tekhnicheskiye nauki. [Proceedings of the higher educational institutions. Volga region. Technical science], 2011, no. 1 (17), pp. 126–131 (in Russian).Pao, Г.П. Идентификация порядка и параметров непрерывных линейных систем при помощи функций Уолша / Г.П. Pao, Л. Сивакумар // Труды института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике / пер. с англ. – М. : Мир. – 1982. – Т. 70, № 7. – С. 89–91.Pao G.P., Sivakumar L. [Order and Parameter Identification in Continuous Linear Systems via Walsh Functions]. Trudy instituta inzhenerov po elektrotekhnike i radioelektronike (TIIJeR). [Proceedings of the Institute of Electrical and Electronics Engineers], 1982, vol. 70, no 7, pp. 89–91 (in Russian).Froehlich, T. Temperature-Dependent Dynamic Behavior of Process Temperature Sensors / T. Froehlich, S. Augustin, C. Ament // International Journal оf Thermophysics. – 2015. – Vol. 36, no. 8. – Р. 2115–2123.Froehlich T., Augustin S., Ament C. Tem-peratureDependent Dynamic Behavior of Process Temperature Sensors. International Journal of Thermophysics, 2015, vol. 36, no. 8, pp. 2115–2123.Вавировская, С.Л. Автоматизация определения динамических и скоростных характеристик датчиков температуры на установке воздушной УВ-010 ЦИАМ / С.Л. Вавировская, Д.Л. Захаров, М.В. Корнеев // Автоматизация в промышленности. – 2016. – Т. 4. – С. 28–29.Vavirovskaja S.L., Zaharov D.L., Korneev M.V. [Automation determination of dynamic and high-speed characteristics of temperature sensors in the installation of air УВ-010 CIAM]. Avtomatizaciya v promyshlennosti [Automation industry], 2016, vol. 04, pp. 28–29 (in Russian).Грановский, В.А. Динамические измерения: Основы метрологического обеспечения / В.А. Грановский. – Л. : Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1984. – 224 с.Granovskij V.A. Dinamicheskiye izmereniya: Osnovy metrologicheskogo obespecheniya [Dynamic measurements: Fundamentals of metrology software]. Leningrad, Energoatomisdat Publ., Leningrad. Deption, 1984, 224 p.Пат. РФ 2568972, МПК G 01 K 15/00. Устройство для определения динамических характеристик термодатчика / А.Ф. Сабитов, И.А. Сабитова; заявитель и патентообладатель Казан. нац. исслед. техн. ун-т. – № 2014130290/28; заявл. 22.07.2014; опубл. 20.11.2015, Бюл. № 32. – 1 с.: ил.Sabitov A.F., Sabitova I.A. Ustrojstvo dlia opredeleniya dinamicheskikh kharakteristik termodatchika [The device for determining the dynamic characteristics of the temperature sensor]. Patent RF, no. 2568972, 2015.Домрачева, Л.С. Синтез систем измерения нестационарных температур газовых потоков. – М. : Машиностроение, 1987. – 224 с.Domracheva L.S. Sintez sistem izmereniya nestacionarnykh temperatur gazovykh potokov [Synthesis of unsteady temperature measurement system gas flow]. Moscow, Engineering Publ., 1987, 224 p.Пат. РФ 2568973, МПК G01K 15/00. Способ определения параметров затухающего переходного процесса термодатчика / А.Ф. Сабитов, И.А. Сабитова; заявитель и патентообладатель Казан. нац. исслед. техн. ун-т. – № 2014130291/28; заявл. 22.07.2014; опубл. 20.11.2015, Бюл. № 32. – 1 с.: ил.Sabitov A.F., Sabitova I.A. Sposob opredeleniya parametrov zatukhayushchego perekhodnogo processa termodatchika [The method for determining the parameters of a damped transient thermal sensor]. Patent RF, no. 2568973, 2015.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.