Preview

Приборы и методы измерений

Расширенный поиск
Том 9, № 2 (2018)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.21122/2220-9506-2018-9-2

Средства измерений

114-120 301
Аннотация

Пленочные покрытия сегодня позволяют создать большое количество разнообразных структур в электронике, микроэлектронике, оптике, архитектуре и строительстве. Лидирующими технологиями в этой области являются магнетронные технологии осаждения. Проблемой магнетронных методов осаждения является недостаточная воспроизводимость состава и свойств покрытий, обусловленная неустойчивостью параметров магнетронного разряда при наличии реактивного газа. Существуют системы стабилизации, которые позволяют получать воспроизводимые пленки, однако все они имеют ряд недостатков. Целью работы являлась разработка системы стабилизации процесса реактивного магнетронного распыления для технологий нанесения пленочных покрытий, которая устранила бы описанные недостатки существующих систем.

Разработанная система стабилизации является модульной и состоит из датчиков, исполнительных устройств, микрокомпьютера с управляющим программным обеспечением, а также устройств, обеспечивающих взаимодействие датчиков и исполнительных устройств с микрокомпьютером. Датчиками системы могут выступать вакуумметры или датчики давления, датчики разрядного тока и напряжения распылителей, оптические датчики регистрации интенсивности спектральных элементов излучения плазмы магнетронного разряда. Исполнительными устройствами системы являются натекатели газов, а также клапана. Количество и тип датчиков и исполнительных устройств определяются исходя из конфигурации технологической установки и требований к проводимым процессам. Управляющее программное обеспечение позволяет гибко настраивать систему (формировать контуры управления, т.е. задавать в соответствие датчики и исполнительные устройства и выбирать алгоритм управления, задавать параметры и режимы работы контуров управления). Таким образом разработанная система является адаптируемой к широкому кругу технологических установок и проводимых процессов.

Работоспособность системы была подтверждена при проведении процесса магнетронного осаждения пленки оксида титана. Отклонение уровня сигналов датчиков от требуемых значений при проведении процесса не превышало 3 %, что позволяет получать качественные покрытия.

121-129 285
Аннотация

Безаварийная и эффективная работа мощных турбогенераторов в значительной степени зависит от стабильности их основных механических параметров, к которым относится давление прессовки сердечника статора. Целью работы являлось обоснование возможности применения многоэлементного емкостного сенсора с компланарными электродами для измерения хода тарельчатых пружин в силовых аккумуляторах систем стабилизации давления сердечника статора турбогенератора.

Состояние прессовки сердечника косвенным образом можно оценить, измеряя ход тарельчатых пружин в силовых аккумуляторах, которые устанавливаются на стяжных призмах сердечника вместо стяжных гаек. Для измерения хода пружин предложено применение компланарного емкостного сенсора с секторальными электродами, который встраивается в конструкцию силовых аккумуляторов. Каждый сектор содержит свой элементарный сенсор, который размещен на кольцевой диэлектрической пластине и образован компланарными электродами, являющимися составной частью соосных концентрических колец, образующих компланарный емкостной сенсор. Сенсор состоит из высокопотенциального, низкопотенциального и заземленного электродов. Заземленный электрод расположен между высокопотенциальным и низкопотенциальным электродами, а также вокруг них.

Приведена упрощенная аналитическая модель расчета для получения аналитической зависимости изменения информативной составляющей электрической емкости сенсора от хода тарельчатых пружин в силовых аккумуляторах. Достоверность модели и характеристики зависимости подтверждена экспериментально при испытании лабораторного образца емкостного сенсора.

Методы измерений, контроля, диагностики

130-141 293
Аннотация

Научный и практический интерес представляет изучение полупроводниковых материалов и приборов с узким слоем атомов примесей и/или собственных точечных дефектов кристаллической решетки. Цель работы – рассчитать электрические параметры симметричного кремниевого диода, в плоском p–n-переходе которого сформирован δ-слой точечных трехзарядных t-дефектов. Такой диод называется p–t–n-диодом, подобно p–i–n-диоду.

Каждый t-дефект может находиться в одном из трех зарядовых состояний (−1, 0, +1; в единицах элементарного заряда). Считается, что при комнатной температуре все водородоподобные акцепторы в p-области и водородоподобные доноры в n-области ионизованы. Принималось, что сечение захвата дырок v-зоны на t-дефекты больше сечения захвата электронов c-зоны на t-дефекты.

Численно решена система cтационарных нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих в дрейфово-диффузионном приближении миграцию электронов и дырок в полупроводниках. Рассчитаны статические вольт-фарадные и вольт-амперные характеристики кремниевого диода с невырожденными областями p- и n-типа электропроводности при прямом и обратном электрическом напряжении смещения.

Расчетным путем показано, что в p–t–n-диоде, содержащем δ-слой t-дефектов, при прямом смещении имеется участок стабилизации плотности тока. При обратном смещении плотность тока в таком диоде много больше, чем в p–n-диоде без t-дефектов. При увеличении обратного смещения емкость p–t–n-диода, в отличие от p–n-диода, вначале увеличивается, а затем уменьшается.

142-154 269
Аннотация

Недостаток информации об особенностях процессов трансформации и рассеяния поверхностных волн в металлоизделиях с выступами, проточками, радиусными переходами и др. сказывается как на достоверности акустического контроля, так и на расширении его технических возможностей. Цель данной работы заключалась в уточнении механизма трансформации упругих мод и закономерностей формирования полей рассеянных краевых объемных волн в объектах с выступами разной геометрии, а также в установлении возможностей использования результатов исследований в области ультразвукового контроля и измерений.

Теоретически и экспериментально показано, что результирующее поле объемных мод в объекте с углом выступа 0–135° и безразмерным радиусом радиусного перехода 0–10,2 является суперпозицией поля сопутствующих и трансформированных на выступе из поверхностной волны краевой продольной и поперечной моды, существенно различающихся по направленности и амплитуде. Превалирующий по величине на ~ 10 дБ и более глобальный максимум поля поперечной моды, лежит в окрестности продолжения плоскости контактной поверхности, а обнаруженные при радиусном переходе выступа менее 1 локальные угловые осцилляции поля до ~10–20 дБ обусловлены влиянием отходящей поперечной моды, возникающей при прохождении вдоль поверхности передней грани выступа головной моды.

Данные исследований предложено использовать для ультразвукового контроля объектов сложного профиля на наличие слабо отражающих звук дефектов, изучение акустических свойств материалов по данным скорости краевых мод на разных частотах при удаленном расположении их от изучаемого объекта, а также – для излучения-приема поперечной моды разной поляризации.

155-166 240
Аннотация

Необходимость научно-методической проработки методик контроля характеристик огнестойкости строительных конструкций (СК) имеет наивысший приоритет в области обеспечения пожарной безопасности. Целью данной работы являлось обеспечение требуемой степени достоверности результатов контроля качества огнестойких покрытий строительных конструкций и высокой эффективности принимаемых решений за счет риск-ориентированного подхода к разработке методики контроля.

Обоснован риск-ориентированный подход к разработке методики контроля, предполагающий рассмотрение на базе процессной модели контроля огнестойкости строительного объекта всех возможных потенциальных проблем, которые могут вызвать риск некорректного принятия решения. Разработана модель рисков, возникающих при контроле толщины огнезащитного покрытия. Идентифицированы две основные группы рисков. Первая группа связана с неопределенностью измерения толщины покрытия в единичной точке контроля. Вторая группа рисков связана с нерепрезентативностью выборочного контроля всей поверхности строительного объекта в целом. Для каждой группы определены потенциальные источники рисков. Для всего комплекса источников частных рисков приведены результаты исследований механизмов их проявления, оценена степень влияния на достоверность контроля соответствия толщины огнезащитного покрытия требованиям. Анализ проведен на основе как теоретических, так и экспериментальных статистических исследований на ряде строительных объектов.

По результатам анализа всех частных рисков недостоверности контроля предложены рациональные пути их минимизации в виде технических или организационно-технических мер, нашедших отражение в разработанном проекте методики контроля. Проект методики контроля построен на основе согласованной схемы контроля толщины огнезащитного покрытия строительных конструкций последовательно тремя сторонами.

Сформулирована и решена метрологическая задача контроля толщины огнезащитного покрытия как косвенное измерение неразрушающими методами толщинометрии. Рассмотрены теоретические и прикладные аспекты процесса контроля толщины огнезащитного покрытия строительных конструкций в условиях высокого риска принятия некорректного решения по результатам контроля.
167-172 290
Аннотация

Разработка новых методов и высокоразрядных средств преобразования амплитуды высокочастотных периодических сигналов в двоичный код с высоким быстродействием для решения задач промышленной томографии, радиолокации, радионавигации, во время измерений амплитудночастотных характеристик, измерений амплитуды генераторов сигналов является актуальным в научном отношении и полезным в практическом применении. Целью данной работы было создание нового измерителя амплитуды высокочастотных периодических сигналов на основе метода Фибоначчи без преобразования переменного напряжения в эквивалентный параметр.

На основе разработанного алгоритма и уравнения преобразования амплитуды периодических сигналов в код с использованием метода Фибоначчи разработана функциональная схема преобразователя амплитуды. Это позволило реализовать 8-разрядный преобразователь амплитуды в код на программируемой логической интегральной схеме серии Cyclone V фирмы Altera.

Преобразователь амплитуды периодических сигналов в код на основе метода Фибоначчи состоит из: двух компараторов, фазового детектора, формирователя коротких импульсов, цифроаналогового преобразователя, регистра Фибоначчи, екстрематора, счетчика тактовых импульсов, дешифратора и индикатора. В разработанном измерителе амплитуды периодического сигнала были применены процесс формирования измерительных периодов и их подсчет, что позволило избежать преобразования переменного напряжения в эквивалентный параметр. Процесс формирования измерительных периодов и их подсчет реализованы на основе компаратора и счетчика. Применение регистра Фибоначчи позволило установить время преобразования на уровне N/f (количество разрядов регистра/частота входящего сигнала). Использование в основе работы регистра Фибоначчи последовательности пентаначчи позволило получить нечетные значения кода на его выходе.

На основе полученных результатов исследований может быть разработан высокоразрядный преобразователь амплитуды высокочастотных периодических сигналов в двоичный код с высоким быстродействием для задач промышленной томографии, радиолокации и радионавигации.

173-181 300
Аннотация

Практическое применение радиоголографического метода измерения характеристик антенн, в особенности при проведении приемочных испытаний систем, требует адекватной оценки погрешностей восстановления дальнезонных характеристик. Указанные погрешности являются суперпозицией слагаемых от различных источников, имеющих различную природу, различные временные характеристики и различные степени влияния на конечный результат. Целью данной работы являлась разработка практической методики определения влияния случайных погрешностей измерения амплитудно-фазового распределения поля иccледуемой антенны на точность восстановления дальнезонных характеристик (в первую очередь диаграммы направленности) антенны, причем предлагаемая методика основана только на обработке экспериментальных результатов, полученных на данном измерительном комплексе.

Разработана и экспериментально подтверждена практическая методика определения влияния случайных погрешностей измерения амплитудно-фазового распределения поля исследуемой антенны на точность восстановления ее дальнезонных характеристик (в первую очередь диаграммы направленности) на основе корреляционного и спектрального анализа. Основным преимуществом разработанной методики по сравнению с использованием математического моделирования является то, что оценка точности восстановления диаграмм направленности проводится по результатам обработки экспериментальных данных, полученных на конкретном измерительном комплексе, и не накладывает априори никаких предварительных требований на статистические параметры погрешностей. Разработанная процедура оценки влияния случайных погрешностей может использоваться для разработки методики метрологической аттестации измерительных комплексов как средств измерения.

Методы оценки качества объектов и процессов

182-186 313
Аннотация

Актуальной задачей производителей прицельной техники является разработка автономных моделей оптических прицелов, способных самостоятельно осуществлять измерение и анализ входных параметров в боевых условиях и на их основе вносить корректировки в систему наведения и механизмы прицеливания. Цель работы заключалась в исследовании методов повышения эффективности работы двухканального оптико-электронного прицела модели DNS-1 для стрелкового оружия посредством анализа степени влияния внешних факторов среды определяющих траекторию полета пули и точность ее попадания в цель.

Рассмотрен вариант практической реализации прицела DNS-1 со встроенным баллистическим вычислителем, учитывающим: скорость и направление ветра, угол места цели, температуру окружающей среды, относительную влажность и атмосферное давление. Проведена оценка жесткости и устойчивости конструкции прицела при креплении его на ствольной коробке по направляющей «ласточкин хвост» и на планке «Пикатинни». В варианте с планкой Picatinny rail нагрузки составляют меньшую величину и распределяются более равномерно вдоль линии корпуса прицела. Проведены расчеты траектории движения пули от патрона 7Н10 калибром 5,45 мм для АК-74Н на дистанциях 300 и 1000 м. На дистанции 300 м и при величине превышения 53,2 см угол бросания практически не меняется и находится в пределах 0,2°. Для дальних дистанций до 1000 м баллистический угол возрастает до 3°. Предложен метод измерения ветровой нагрузки с применением теплового анемометра на базе датчика Dantec Dynamics 55P11. Выполнена оптимизация конструкции корпуса анемометра и проведено моделирование ветровой нагрузки, получены распределения полей скорости ветра при аэродинамической продувке узла анемометра в диапазоне от 2 до 20 м/с. Предложен метод измерения угла места цели с применением акселерометра на базе датчика SCA830-D07 с точностью 0,00179°. Представленные результаты исследований показывают возможность создания комплексной автоматизированной системы управления огнем для стрелкового оружия.



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


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