Preview

Приборы и методы измерений

Расширенный поиск
Том 8, № 1 (2017)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.21122/2220-9506-2017-8-1

Средства измерений

7-14 627
Аннотация

Для эффективной работы каналов регулирования температуры в системе автоматического управления работой авиационных газотурбинных двигателей необходимо настраивать устройства коррекции на номинальные динамические характеристики применяемых датчиков температуры газов с целью оптимального снижения их тепловой инерционности. Существующие методы и средства позволяют определять динамические характеристики только конкретных экземпляров датчиков температур или средние динамические характеристики по результатам испытаний ограниченного числа датчиков конкретного типа в воздушных потоках на аттестованных воздушных установках. Режимы эксплуатации авиационных датчиков температуры газов существенно отличаются от условий испытаний на воздушных установках, поэтому и динамические характеристики датчиков температуры в реальных условиях также будут существенно отличаться от полученных в результате испытаний. Целью работы являлась разработка методики пересчета результатов испытаний ограниченного числа датчиков температур в воздушных аттестованных установках на номинальные динамические характеристики датчиков конкретного типа в ожидаемых условиях эксплуатации.

Предложен алгоритм идентификации номинальных динамических характеристик датчиков, предназначенных для измерения температуры газов в авиационных газотурбинных двигателях. Алгоритм предусматривает регистрацию переходных характеристик отдельных экземпляров датчиков конкретного типа на аттестованных воздушных установках при заданных скоростях воздушного потока, вычисление коэффициентов теплообмена датчика с воздушным потоком при каждой скорости воздушного потока, определение средних переходных характеристик датчиков при каждой скорости воздушного потока, определение постоянных времени выбранной динамической модели датчика по средним переходным характеристикам датчиков и установление параметров гиперболической зависимости номинальных значений постоянных времени выбранной модели датчика от коэффициента теплообмена. В соответствии с ожидаемыми условиями эксплуатации датчиков вычисляют ожидаемый коэффициент теплообмена, с помощью которого по гиперболической зависимости определяют ожидаемые динамические характеристики датчиков конкретного типа.

Методика апробирована с использованием результатов испытаний опытных датчиков температуры газов на аттестованной воздушной установке. Установлены параметры гиперболических зависимостей номинальных значений постоянных времени для динамической модели второго порядка опытных датчиков. Установленные гиперболические зависимости охватывают как режимы испытаний опытных датчиков, так и ожидаемые условия их эксплуатации.

Разработанная методика позволяет прогнозировать номинальные динамические характеристики датчиков температуры газов конкретных типов в ожидаемых условиях эксплуатации по результатам испытаний ограниченного числа экземпляров датчиков в воздушном потоке на аттестованных установках.

15-22 507
Аннотация

Точечный оптический дымовой пожарный извещатель остается в настоящее время наиболее эффективным средством обнаружения пожара на ранней стадии его появления. Актуальной задачей для данного типа извещателя является повышение его чувствительности к «черным» дымам и обеспечение устойчивости к воздействию электромагнитных помех и частиц не дымового происхождения. Целью настоящей работы являлась разработка конструкции и алгоритма работы точечного комбинированного пожарного извещателя, обеспечивающего высокую чувствительность к различным типам дымов, скорость их обнаружения и высокую помехоустойчивость.

Решение поставленной цели осуществлено использованием предложенной оптической схемы двухканального устройства обнаружения дыма (по контролю интенсивностей излучения, рассеянного частицами дыма и прошедшего через дым).

Разработана конструкция и алгоритм работы комбинированного пожарного извещателя, включающего двухканальное лазерное устройство обнаружения дыма и датчик угарного газа.

Результаты тестовых испытаний изготовленного извещателя свидетельствуют о его повышенной в сравнении с обычным одноканальным точечным дымовым пожарным извещателем чувствительности к различным типам дымов и скорости обнаружения возгораний. Высокие функциональные характеристики извещателя обеспечиваются применением дополнительного канала обнаружения дыма (по изменению интенсивности проходящего через него излучения), созданными условиями беспрепятственного захода дыма в зону контроля и эффективным алгоритмом обработки регистрируемых сигналов. 

23-31 481
Аннотация

В метрологическом обеспечении средств измерений нейтронного излучения в качестве эталонов широкое распространение получили установки с коллимированным полем излучения, создаваемым радионуклидными источниками нейтронов. Целью данной работы являлось исследование влияния рассеянного нейтронного излучения на такие метрологические характеристики поверочной установки нейтронного излучения УПН-АТ140, как плотность потока и амбиентный эквивалент мощности дозы с использованием метода Монте-Карло.

При калибровке испытуемый прибор помещают в нейтронное поле с известной плотностью потока или амбиентным эквивалентом мощности дозы. Пучок нейтронов от радионуклидного источника быстрых нейтронов может быть сформирован в различных геометриях. В контейнере-коллиматоре установки поверочной нейтронного излучения УПН-АТ140 устанавливаются специальные вставки, отвечающие геометрии быстрых и геометрии тепловых нейтронов. Из-за наличия рассеянного излучения необходимо вносить поправки на рассеянную компоненту, обусловленную рассеянием нейтронов в воздухе и стенами помещения. Измерение характеристик нейтронного поля установки могут быть проведены в ограниченном числе точек, а в остальных точках используется модельный метод.

Контейнер-коллиматор установки со вставкой для геометрии тепловых нейтронов формирует пучок от радионуклидного источника нейтронов со значительной составляющей нейтронов тепловых энергий. Из полученной зависимости полного потока нейтронов от расстояния до источника нейтронов видно, что за счет рассеянного в коллиматоре излучения нарушается закон обратных квадратов. Вклад рассеянного стенами помещения излучения в полный поток нейтронов увеличивается при удалении от источника нейтронов и значительно влияет на характеристики поля нейтронов. При открытом источнике в геометрии теневого конуса, спектр нейтронов имеет ярко выраженную тепловую компоненту, обусловленную рассеянием от стен.

Рассмотрены основные типы геометрий для формирования поля эталонного нейтронного излучения с использованием радионуклидных источников. Разработана Монте-Карло модель 238Pu-Be-источника нейтронов и контейнера-коллиматора установки УПН-АТ140. Показано, что наиболее существенным фактором, влияющим на энергетическое распределение нейтронов, является вклад излучения, рассеянного в помещении, где расположена установка. Это приводит к значительному изменению спектра нейтронного излучения при удалении от источника. При проектировании помещения и размещения в нем установки необходимо учитывать требования к качеству излучения. 

32-39 431
Аннотация

При вихретоковой толщинометрии электропроводящих двухслойных структур одним из мешающих факторов является наличие вариаций величины удельной электрической проводимости материала верхнего слоя (покрытия) при перемещении от точки к точке по поверхности объекта контроля или при переходе от одного объекта контроля к другому. Целью настоящей работы являлась оценка погрешности определения толщины проводящего покрытия, расположенного на проводящем ферромагнитном основании, при фазовом способе вихретокового контроля с помощью накладного преобразователя. Причиной погрешности являлись вариации величины удельной электрической проводимости материала покрытия.

Оценка погрешности проводилась на основе расчетов фазы вносимой в накладной преобразователь эдс по известным аналитическим выражениям для витка с током синусоидальной формы, расположенного над бесконечным полупространством с покрытием в виде тонкого слоя на его поверхности. Выбранные при расчетах электромагнитные параметры покрытия и основания примерно соответствуют случаю слой хрома на никелевом основании. Расчеты проведены при различных частотах пропускаемого через виток тока.

Показано, что по мере уменьшения частоты проходящего через виток тока указанная погрешность уменьшается. Значение минимально возможной рабочей частоты тока возбуждения определяется условием отсутствия влияния на фазу вносимой в накладной преобразователь эдс вариаций толщины основания.

Для уменьшения указанной погрешности предложено определять, на основе фазового способа, при относительно высокой частоте тока возбуждения преобразователя удельную электропроводность материала покрытия. После этого, при более низкой частоте тока возбуждения, также при помощи фазового способа, определяется толщина покрытия, при этом учитывается определенная ранее величина удельной электропроводности покрытия. Также рассмотрены способы повышения точности фазовых измерений в мегагерцовой области частот тока возбуждения. 

40-48 558
Аннотация

Классификация технических средств физической культуры и спорта с учетом современного состояния спортивной науки является одной из важных задач, позволяющих планировать разработку перспективных направлений развития тренажерных технологий. Существующие подходы к группировке технических средств данного назначения в недостаточной мере учитывают биомеханические закономерности построения физических упражнений и их эффективность. Целью данной работы было построение нового подхода к классификации таких устройств, учитывающего указанные закономерности.

В работе предложена система группировки технических средств физической культуры, состоящая в выделении биомеханически обоснованных уровней построения физического упражнения (психоинформационного, физиологического и механического) в качестве конечных целевых объектов, аналогичных входных уровней воздействия и соответствующих средств. Как результат, предложена цифровая индексация указанных объектов, позволяющая сгруппировать и представить технические средства в матричной форме в зависимости от сочетания индексов и, находя незаполненные области матрицы, определять перспективные направления новых разработок.

В соответствии с предложенной классификацией на примере технических средств силовой тренировки впервые вводится понятие биомеханической эффективности устройств, для чего предлагаются специальные численные коэффициенты: пространственности, инерционности и рассеивания энергии.

Приведен качественный анализ типичных средств силовой тренировки с точки зрения биомеханической эффективности, показавший перспективу конструирования технических устройств со многими степенями свободы, использующих фрикционный способ создания тренировочного сопротивления. 

Методы измерений, контроля, диагностики

49-54 581
Аннотация

При изготовлении лазерных систем часто измеряют характеристики лазерного излучения по методу фокального пятна, для которого необходимо установить систему регистрации в фокальной плоскости фокусирующего компонента. Целью данной работы являлась разработка нового принципа установки матричного фотоприемника в фокальную плоскость фокусирующего компонента и лазерного излучателя для реализации предложенного метода в измерительном приборе.

В предложенном методе несколько пучков фокусируются положительной линзой, при этом оси падающих пучков параллельны ее оптической оси. Задача нахождения фокальной плоскости сводится к продольной подвижке фотоприемника для определения плоскости, перпендикулярной оптической оси линзы и содержащей точку пересечения осей пучков. Лазерный излучатель построен на основе продольной диодной накачки и микрочип-конфигурации резонатора, особенностью которого является фокусировка излучения от каждого лазерного диода в отдельную зону активного элемента. За счет прокачки независимых областей активного элемента, для которых зеркала резонатора являются общими, реализуется генерация лазерных пучков с параллельными осями.

Теоретически показано, что при использовании современных анализаторов лазерного излучения обеспечивается определение положения фокальной плоскости с точностью не менее 1 %. Предложенный непрерывный лазер генерировал в спектральной области около 1 мкм два осесимметричных пучка с расходимостью около 10 мрад и Гауссовым профилем интенсивности, оси которых параллельны между собой. Регулировка тока питания лазерных диодов накачки позволяла изменять мощность каждого генерируемого пучка от 100 мВт до 1,5 Вт при сохранении пространственных характеристик генерируемого излучения. Расстояние между генерируемыми пучками может варьироваться от 0,5 до 5 мм.

Предложен метод определения положения фокальной плоскости фокусирующего компонента при использовании матричного фотоприемника и нескольких световых пучков, оси которых параллельны оптической оси фокусирующего компонента без применения дополнительных оптических устройств. Продемонстрирован лазерный излучатель для реализации предложенного метода в измерительном приборе, который не требует прецизионных механических устройств и значительно сократит время проведения измерения. Характеристики генерируемого излучения позволяют обеспечить определение положения фокальной плоскости с точностью не менее 1 %. Габаритные размеры излучателя составили 70 × 40 × 40 мм3 , энергопотребление – менее 7 Вт на каждый пучок. 

55-60 384
Аннотация

Целью работы является теоретическое обоснование нового метода определения показателя преломления однородного прозрачного плоского диэлектрического слоя по измерению интенсивности двух поляризаций проходящего пучка электромагнитного излучения без учета фазовых соотношений и фазовых параметров тестирующего поля при неизвестной толщине слоя.

Для этого рассматривались энергетические коэффициенты прохождения слоя для двух линейных поляризаций пучка электромагнитного излучения, перпендикулярной и параллельной плоскости падения, и изучались их зависимости от показателя преломления слоя и его толщины. Найдена функция энергетических коэффициентов прохождения двух разных поляризаций, которая не зависит от толщины слоя и характеризуется монотонной зависимостью от его показателя преломления.

Показано, что применение данной функции позволяет однозначно определить искомый показатель преломления слоя по измерениям интенсивностей двух ортогональных поляризаций проходящего излучения. Это можно сделать аналитически, используя обратную функцию, а также с помощью экспериментальной калибровки исходной функции. Изучено влияние поглощения на эффективность применения метода и установлено, что его присутствие вызывает появление отдельных зон изменения показателя преломления, где метод перестает работать. Однако если его величина не превышает значений порядка 10–5, то метод может применяться, но уже в ограниченном интервале изменения показателя преломления.

Таким образом, доказано, что предлагаемый метод дает возможность определять показатель преломления диэлектрического слоя в условиях малого и нулевого поглощения по измерениям интенсивностей проходящего электромагнитного излучения двух ортогональных поляризаций. 

61-72 580
Аннотация

В настоящее время использование методов зондовой электрометрии в неразрушающем контроле сдерживается сложностью интерпретации результатов измерений, что связано с многофакторностью измерительного сигнала, зависящего от большого количества параметров физико-химического состояния поверхности: отклонений химического состава, механических напряжений, дислокаций, кристаллографической ориентации поверхности и др. Целью исследования являлось применение методов зондовой электрометрии для неразрушающего контроля и анализа дефектов прецизионных металлических поверхностей, полученных различными видами обработки.

Методика экспериментальных исследований включала в себя построение визуализированного изображения пространственного распределения контактной разности потенциалов (КРП) по поверхности образцов методом сканирующего зонда Кельвина, построение гистограммы распределения значений КРП и определение статистических характеристик распределения, таких как математическое ожидание значений КРП и полуширина гистограммы распределения (для каждой моды при многомодальном распределении)

Исследовано пространственное распределение КРП исходных подложек из алюминия А99 и сплава АМГ-2 после обработки поверхностей электрохимической полировкой и алмазным наноточением, а также после формирования на подготовленной поверхности слоя специфического наноструктурированного оксида алюминия толщиной 30 мкм. Более высоким качеством обладают поверхности, характеризующиеся меньшей полушириной гистограммы распределения. Наибольшей механической прочностью и в целом лучшими механическими свойствами при прочих равных условиях обладают поверхности с наиболее низкими значениями контактной разности потенциалов, что соответствует наибольшим значениями работы выхода электрона и поверхностной энергии. Наличие второй моды в гистограмме распределения значений контактной разности потенциалов указывает на наличие значимых по площади дефектных областей на соответствующей поверхности образца.

Экспериментально показано, что анализ визуализированных изображений пространственного распределения КРП с использованием данных критериев позволяет выявлять и характеризовать такие дефекты, как места концентрации остаточных механических напряжений, участки с пониженной микротвердостью поверхности, загрязнения, коррозионные дефекты. Тем самым обеспечивается возможность оперативного неразрушающего контроля и диагностики функциональных характеристик прецизионных поверхностей металлов, в частности, исходных подложек для изготовления чувствительных элементов устройств сенсорики.

73-80 564
Аннотация

Одним из основных факторов, влияющих на эффективность облучения онкологических больных,  являются временные параметры (время, которое больной проводит в процедурном помещении) сеанса облучения пациента, от которых напрямую зависит точность его позиционирования, а значит и правильность доставки предписанного дозового распределения. Цель работы – определение оказывающих влияние на сеанс облучения компонентов временных характеристик и разработка алгоритма, позволяющего установить продолжительность лечения с использованием различных методик лучевой терапии и локализаций опухоли.

Для установления компонентов сеанса лучевой терапии, оказывающих доминирующее влияние на его временные характеристики, авторами проведен ретроспективный анализ каждой фракции всей выборки планов облучения онкологических пациентов с локализациями опухолевых очагов, которые наиболее часто подвергались лучевому лечению с применением линейных ускорителей в РНПЦ онкологии и медицинской радиологии им. Н.Н. Александрова (более 5200 фракций). На основании результатов анализа разработаны алгоритмы для оценки временных параметров сеанса лучевой терапии онкологического пациента на этапе его предлучевой подготовки, с учетом индивидуальных особенностей лучевого лечения для каждой из наиболее применимый в клинической практике отделения лучевой терапии РНПЦ онкологии и медицинской радиологии им. Н.Н. Александрова методик облучения.

С использованием предложенных алгоритмов выявлены компоненты сеансов лучевой терапии, оказывающие доминирующее влияние на его временные характеристики при облучении по методикам трехмерной конформной лучевой терапии (3Д КЛТ), лучевой терапии с модуляцией интенсивности (ЛТМИ) и секторной лучевой терапии с объемной модуляцией интенсивности (СЛТМИ) (количество радиационных полей, установка дозомодулирующих устройств, поворот терапевтического стола, длительность облучения одного радиационного поля, верификация положения пациента, инициализация ускорителя с параметрами облучения) и характеристики линейного ускорителя и плана облучения, от которых зависит длительность этих компонентов. Установлено среднее время облучения по каждой из методик лучевой терапии и рассматриваемых локализаций опухолевых очагов (от 4 до 8 мин для 3Д КЛТ, от 4 до 8 мин для ЛТМИ, от 3 до 4 мин для СЛТМИ).

81-92 1582
Аннотация

Продуктивность научных работников, ценность и качество научных публикаций рассматриваются как свойства, указывающие на эффективность научной деятельности организаций. Целью работы было выполнение библиометрического исследования продуктивности работников Белорусского национального технического университета (БНТУ), ценности и качества их публикаций, направленного на оценку эффективности научной деятельности университета.

С применением баз данных Web of Science и Scopus исследовали продуктивность авторов в 2011– 2015 гг. (включая хронологическую структуру, распределение по журналам и издательствам, сведения о научном сотрудничестве и пр.), определяли среднюю цитируемость одной статьи; число статей, вошедших в 10 % наиболее цитируемых публикаций в мире в соответствующих научных областях и показатели «нормализованной цитируемости», в том числе в сравнении с другими университетами.

Выявлены прирост и высокая ценность публикаций университета, отраженных в базе данных Web of Science, а также высокая ценность ряда публикующих журналов. Совокупность полученных данных указывает на специалистов по лазерам как на научных лидеров БНТУ, а данные о продуктивности – на приборостроительный факультет как вносящий наибольший вклад в публикационный поток БНТУ, попадающий в наиболее авторитетные источники.

Результаты свидетельствует о достаточно высокой эффективности научной деятельности БНТУ. Серьезный вклад в повышение эффективности вносят меры по продвижению журналов БНТУ в мировое информационное пространство и по повышению «видимости» в нем специалистов БНТУ и результатов их исследований. 



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2220-9506 (Print)
ISSN 2414-0473 (Online)