Представляет Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения

Saint-Petersburg State University of Aerospace Instrumentation presents

ГУАП: УЧИМ СПЕЦИАЛИСТОВ БУДУЩЕГО … 3

SUAI: TEACH FUTURE PROFESSIONALS

Ваганов М. А., Москалец О. Д.

ПРИМЕНЕНИЕ БЕСКОНТАКТНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ В ЗАДАЧАХ МНОГОАЛЬТЕРНАТИВНОГО АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИМИ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ … 5

DOI: 10.25728/datsys.2019.11.1

Аннотация: Предложен новый принцип формирования сигналов ошибки, базирующийся на методах бесконтактной оптической спектроскопии, в системах многоальтернативного автоматического управления физическими и физико-химическими процессами, которые сопровождаются эмиссией электромагнитного излучения в оптическом диапазоне. Для формирования сигналов ошибки вместо традиционных измерительных устройств в форме датчиков (например, температуры, давления и др.) предлагается применить многоканальный оптический спектрометр с передачей анализируемых сигналов по волоконно-оптическому жгуту. Проведен анализ формирования сигналов ошибки на основе спектрального измерения, при этом многоканальный спектрометр описывается как многомерная линейная система, характеристика которой дается в матричной форме.

Ключевые слова: бесконтактная оптическая спектроскопия, многоальтернативная система автоматического управления, многоканальный оптический спектрометр, физические и физико-химические процессы, волоконная оптика, управляемые состояния, сигнал ошибки.

Vaganov M. A., Moskaletz O. D.

APPLICATION OF CONTACTLESS OPTICAL SPECTROSCOPY IN PROBLEMS OF MULTI-ALTERNATIVE AUTOMATIC CONTROL OF PHYSICAL AND PHYSICOCHEMICAL PROCESSES

Abstract: A new principle of error signal forming in multialternative automatic control systems of physical and physicochemical processes which are accompanied by the emission of electromagnetic radiation in the optical range is considered. This principle is based on the contactless optical spectroscopy methods. It is proposed to for the error signal forming in the automatic control systems use a multichannel optical spectrometer instead of traditional measuring devices in the form of sensors (temperature, pressure, etc.). The analysis of error signal forming based on measurement by multichannel spectrometer is given. A spectrometer is described as a multidimensional linear system, which is characterized in matrix form.

Keywords: contactless optical spectroscopy, multi-alternative automatic control system, multichannel optical spectrometer, physical and physical-chemical processes, fiber optics, controlled states, error signal.

Москалец О. Д., Казаков В. И., Кулаков С. В.

ФОРМИРОВАНИЕ И СЧИТЫВАНИЕ СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМЕ АНАЛИЗА СПЕКТРА НА БАЗЕ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ … 11

DOI: 10.25728/datsys.2019.11.2

Аннотация: Рассмотрены вопросы формирования и выдачи результатов измерения энергетического спектра оптического сигнала в системе анализа спектра на базе прибора с дифракционной решеткой и волоконно-оптической системой передачи (ВОСП) анализируемых сигналов. Применение ВОСП позволяет реализовать бесконтактный метод анализа спектра. Разработана математическая модель получения отсчетных значений энергетического спектра при детектировании ПЗС-линейкой. Предложена методика коррекции результатов считывания, позволяющая учесть неравномерность спектральной чувствительности ПЗС-линейки, частотную характеристику затухания оптического волокна, а также особенности формируемых спектров в различных дифракционных порядках.

Ключевые слова: система спектрального анализа, оптическое излучение, дифракционная решетка, ПЗС-линейка, считывание спектра, энергетический спектр, оптическое волокно, бесконтактный метод.

Moskaletz O. D., Kazakov V. I., Kulakov S. V.

FORMATION AND READING OF THE SPECTROSCOPIC INFORMATION IN THE SYSTEM OF SPECTRUM ANALYSIS ON THE DIFFRACTION GRATING BASIS

Abstract: The problems of the formation and output of the measurement results of the energy spectrum of the optical signal in a spectrum analysis system based on a device with a diffraction grating and fiber-optic transmission system (FOTS) of the analyzed signals are considered. The use of FOTS allows to implement a contactless method of spectrum analysis. A mathematical model has been developed for obtaining reference values of the energy spectrum by linear CCD array detection. A method for correcting reading results, which allows one to take into account the nonuniformity of the spectral sensitivity of the CCD array, the frequency response of the attenuation of the optical fiber, and also the features of the formed spectra in different diffraction orders is proposed.

Keywords: spectral analysis system, optical radiation, diffraction grating, linear CCD array, spectrum reading, energy spectrum, optical fiber, contactless method.

Шишлаков В. Ф., Ватаева Е. Ю., Решетникова Н. В., Криволапчук И. Г., Шишлаков Д. В.

МОДЕЛИРОВАНИЕ И СИНТЕЗ НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ … 17

DOI: 10.25728/datsys.2019.11.3

Аннотация: Рассмотрена задача синтеза законов управления нелинейных систем автоматического управления. В качестве математического аппарата решения применен обобщенный метод Галеркина, который распространен на новый класс систем с нелинейными характеристиками, аппроксимированными полиномиально. Также рассматрено построение модели системы экстремального регулирования с использованием платформы NI ELVIS–II и программного обеспечения LabVIEW. Приведены результаты моделирования.

Ключевые слова: нелинейные системы, системы экстремального регулирования, моделирование, платформа NI ELVIS–II, полиномиальная аппроксимация, нелинейные характеристики, обобщенный метод Галеркина.

Shishlakov V. F., Vataeva E. Iu., Reshetnikova N. V., Krivolapchuk I. G., Shishlakov D. V.

MODELING AND SYNTHESIS OF NONLINEAR AUTOMATIC CONTROL SYSTEMS

Abstract: The article discusses the solution to the problem of synthesis of control laws of nonlinear automatic control systems. As the mathematical apparatus of the solution, the generalized Galerkin method is used. The considered method has been extended to a new class of systems with nonlinear characteristics approximated polynomially. The paper also discusses the construction of a model of an extreme regulation system using the NI ELVIS - II platform and LabVIEW software, and the simulation results.

Keywords: nonlinear systems, extreme control systems, modeling, NI ELVIS - II platform, polynomial approximation, nonlinear characteristics, generalized Galerkin method.

Ларин В. П., Шелест Д. К.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИБРИДНЫХ ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ … 25

DOI: 10.25728/datsys.2019.11.4

Аннотация: Изложены методы решения задач технологического проектирования изделий оптоэлектроники – гибридных устройств, состоящих из оптических и электронных элементов. Главным объектом технологического проектирования является создание автоматизированной технологической системы (ТС), содержащей подсистему принятия технологических проектных решений. Рассмотрены задачи формирования структуры ТС в соответствии с функциональными задачами технологического проектирования. Последовательно рассмотрены решения задач технологического проектирования вариантов конструкций гибридных оптоэлектронных устройств.

Ключевые слова: технологическая система, технологическое проектирование, функциональные задачи, функционально-структурные методы.

Larin V. P., Shelest D. K.

TECHNIQUES FOR DESIGNING HYBRID OPTOECANS DEVICES

Abstract: The methods of solving the problems of technological design of the manufacture of optoelectronics products – hybrid devices consisting of optical and electronic elements - are outlined. The main object of technological design is the creation of an automated technological system (TS) containing a subsystem for making technological design decisions. The tasks of forming the structure of the vehicle in accordance with the functional tasks of technological design are considered. Consistently considered solving the problems of technological design options for the designs of hybrid optoelectronic devices.

Keywords: technological system, technological design, functional tasks, functional and structural methods.

Архангельский В. Б., Бестугин А. Р., Шакин О. В.

МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТОКА И ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ … 32

DOI: 10.25728/datsys.2019.11.5

Аннотация: Рассмотрены структуры основанных на магнито- и электрооптических эффектах преобразователей для измерения тока и напряжения в высоковольтных линиях передачи энергии. Описаны макеты устройств, защищенных патентами Российской Федерации.

Ключевые слова: магнитооптический преобразователь переменного тока, электрооптический преобразователь переменного напряжения, эффект Фарадея, эффект электрогирации.

Arkhangelsky V. B., Bestugin A. R., Shakin O. V.

MAGNETO-OPTICAL AND ELECTRO-OPTICAL MEASURING TRANSDUCERS FOR HIGH VOLTAGE POWER TRANSMISSION LINES

Abstract: Devices for current and voltage measurement in high-voltage power transmission lines based on magneto and electrical effects are considered. Patents of the Russian Federation protected the devices.

Keywords: magneto-optical AC converter, electro-optical AC voltage converter, Faraday effect, electro-gyration effect.

Ларин В. П., Усачев Д. Е., Шелест Д. К.

ТЕХНОЛОГИЯ ТЕСТОВЫХ ПЛАТ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ ШИН ПОЛИМЕРНЫХ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛНОВОДОВ … 36

DOI: 10.25728/datsys.2019.11.6

Аннотация: Представлены технологические решения по проектированию тестовых плат для разработки оптоэлектронных шин полимерных оптических волноводов. Представлен обзор и основные характеристики материалов полимерных оптических волноводов и несущих оснований. Выбор полидиметилсилоксана (ПДМС), характеристики которого полностью соответствуют параметрам плоских оптических волноводов. Рассмотрены вопросы технологии изготовления и контроля определяющих параметров. Представлены результаты контроля тестовых плат.

Ключевые слова: оптическая шина передачи данных, полимерный оптический волновод, проводящий слой – полидиметилсилоксан, технологическая система, технологические контрольные операции.

Larin V. P., Usachev D. E., Shelest D. K.

TECHNOLOGY OF TEST BOARDS FOR THE STUDY OF OPTOELECTRONIC BUSES OF POLYMER OPTICAL WAVEGUIDES

Abstract: Technological solutions for the design of test boards for the development of optoelectronic buses of polymer optical waveguides are presented. The review and main characteristics of materials of polymeric optical waveguides and bearing bases are presented. Among the presented polymeric materials polydimethylsiloxane (PDMS) was selected, the characteristics of which fully correspond to the parameters of plane optical waveguides. The questions of manufacturing technology and control of determining parameters are considered. The results of control of test boards are presented.

Keywords: optical data transmission bus, a polymer optical waveguide, a conductive layer is polydimethylsiloxane, technological system, technological control of the operation.

Филонов О. М., Бестугин А. Р., Киршина И. А., Окин П. А.

ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ КОРРЕКЦИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МЭМС ЗА СЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОФИЛЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИМЕСИ В УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТАХ … 45

DOI: 10.25728/datsys.2019.11.7

Аннотация: Рассмотрены результаты моделирования зависимости модуля упругости Е_<100> монокристаллического кремния от концентрации распределения легирующей примеси (бора) в балочных упругих элементах МЭМС. Показано, что при равномерном легировании бором при изменении концентрации бора от 10¹⁵ до 10¹⁹ см^-3 модуль Е_<100> изменяется в пределах от 1,26 до 0,9 ГПа, что соответствует известным результатам экспериментальных исследований ряда авторов. Зависимость модуля Е_<100> от изменения концентрации и распределения примеси в монокристалле позволяет использовать ее для коррекции технических параметров MЭМС и их динамических характеристик на завершающих этапах производства и повышения тем самым качества изделий.

Ключевые слова: МЭМС, легирование, диффузия, монокристаллический кремний, модуль упругости, профиль легирования.

Filonov O. M., Bestugin A. R., Kirshina I. A., Okin P. A.

PARAMETRIC CORRECTION OF MEMS TECHNICAL PARAMETERS DUE TO THE CHANGE OF IMPURITY DISTRIBUTION PROFILE IN ELASTIC ELEMENTS

Abstract: The article discusses the results of modeling the dependence of the elastic modulus Е_{<100>  of} single-crystal silicon on the concentration of the distribution of the dopant (boron) in the MEMS beam elastic elements. It was shown that with uniform boron doping with a change in boron concentration from 10¹⁵ to 10¹⁹ sm^-3, the modulus Е_<100> varies from 1,26 to 0,9 GPa, which in general corresponds to the well-known result of experimental studies by a number of authors. The dependence of the module Е_<100> on changes in the concentration and distribution of impurities in the single crystal allows it to be used to correct the MEMS technical parameters and their dynamic characteristics at the final stages of production and thereby improve product quality.

Keywords: MEMS, doping, diffusion, single-crystal silicon, elastic modulus, diffusion profile.

Выболдин Ю. К.

ВЛИЯНИЕ МЕШАЮЩИХ ПАРАМЕТРОВ НА ОЦЕНКУ УГЛОВЫХ КООРДИНАТ ИСТОЧНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ СЛУЧАЙНОГО ПОЛЯ … 49

DOI: 10.25728/datsys.2019.11.8

Аннотация: Рассмотрено влияние мешающих параметров на оценку угловых координат источников излучения случайного поля. Получены аналитические выражения позволяющие рассчитать дисперсии оценок угловых координат широкополосных источников излучения с учетом влияния мешающих параметров. Приведен пример расчета для случая двух близко расположенных источников излучения. Показано, что дополнительное оценивание мешающих параметров приводит к некоторому снижению точности при проведении угловых измерений, однако это снижение при малых значениях параметров несущественно.

Ключевые слова: источники широкополосных сигналов, датчик угловых перемещений, высокое разрешение, восстановление сигналов.

Vyboldin Y. K.

INFLUENCE OF INTERFERING PARAMETERS ON THE ESTIMATION OF RANDOM FIELD RADIATION SOURCES ANGULAR COORDINATES

Abstract: The influence of interfering parameters on the estimation of the angular coordinates of random field radiation sources is investigated. Analytical expressions are obtained for calculating the variance of the estimates of the angular coordinates of broadband radiation sources, taking into account the influence of interfering parameters. It is believed that the interfering parameters are due to unchanged during the observation errors of the signal model and meter. An example of calculation is given for the case of two closely spaced radiation sources. It is shown that an additional estimation of the interfering parameters leads to a certain decrease in accuracy during angular measurements, however, this decrease for small values of the parameters is not significant.

Keywords: broadband signal sources, angular displacement sensor, high resolution, signal recovery.

Якимов А. Н., Бестугин А. Р., Киршина И. А.

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ПОГРЕШНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО КОНТРОЛЯ АНТЕННЫ ПО ЕЕ ИЗЛУЧЕНИЮ … 55

DOI: 10.25728/datsys.2019.11.9

Аннотация: Показана необходимость учета влияния конструктивных элементов на погрешность производственного контроля при изготовлении отражающих зеркал микроволновых параболических антенн по их диаграмме направленности. Предложено оценивать влияние конструктивных элементов на характеристики излучения антенны методами математического моделирования. Приведены результаты исследования влияния конструктивных элементов антенны на ее диаграмму направленности с использованием построенной конечно-элементной математической модели отражающего зеркала и модельного представления облучателя и элементов его крепления.

Ключевые слова: микроволновая антенна, конструктивные элементы, математическая модель, диаграмма направленности, погрешность изготовления.

Yakimov A. N., Bestugin A. R., Kirshina I. A.

ESTIMATION THE INFLUENCE OF CONSTRUCTIVE ELEMENTS ON ERROR CONTROL MANUFACTURING OF ANTENNA BY ITS RADIATION

Abstract: It is proposed to evaluate the influence of constructive elements of the microwave antenna on its radiation characteristics by mathematical modeling methods to improve the accuracy of control manufacturing. The results of the study of the influence of the constructive elements of the microwave parabolic antenna on its radiation pattern (RP) using the constructed finite element mathematical model of the reflecting mirror and the model representation of the irradiator and its mounting elements are presented. The necessity of taking into account the influence of structural elements on the error of production control of manufacturing reflective mirrors microwave parabolic antennas by their RP is shown.

Keywords: microwave antenna, constructive elements, mathematical model, radiation pattern, error.

Поясов И. З., Чхинджерия А. Б.

МЕТРОЛОГИЯ БИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ … 61

DOI: 10.25728/datsys.2019.11.10

Аннотация: Рассмотрены история создания и особенности функционирования биотехнических систем (БТС), виды обратных связей и их роль в работе сложных систем. Дано представление о биологической обратной связи, перспективах ее применения и отличие от традиционно используемых в технике обратных связей. В связи с возрастанием требований к точности измерений подчеркивается особая роль метрологии при разработке и эксплуатации биотехнических систем. Указаны традиционно используемые разделы метрологии: теоретический, законодательный и прикладной. Применительно к живым объектам метрология рассматривается, как специальная дисциплина – биометрология. Предложено рассматривать информацию в БТС как субъективное понятие, относящееся к субъекту восприятия, которым являются человек-оператор. Показано, что именно когнитивные функции человека-оператора придают информации субъективные свойства. Выдвигается тезис о возможности использования понятия “образа” в качестве биометрологического понятия, обозначающего единицу информации в биотехнических системах.

Ключевые слова: биотехническая система, биообъект, теория автоматического управления, обратная связь, метрология, биометрология, информация, когнитивные функции, человек-оператор, образ.

Poyasov I. Z., Chkhindjeria A. B.

METROLOGY OF BIOTECHNICAL SYSTEMS

Abstract: The article considers the history of creation and features of functioning of biotechnical systems, types of feedbacks and their role in the work of complex systems. The idea of biofeedback, the prospects of its application and the difference from the traditionally used in the technique of feedbacks is given. Due to the increasing requirements for measurement accuracy, the special role of Metrology in the development and operation of biotechnical systems is emphasized. Traditionally used sections of Metrology are specified: theoretical, legislative and applied. In relation to living objects Metrology is considered as a special discipline-biometrology. The article proposes to consider the information in the BTS as a subjective perception relating to the subject of perception, which is a human operator. It is proved that it is the cognitive functions of the human operator that give information subjective properties. The thesis about the possibility of using the concept of “image” as a biometrological concept denoting a unit of information in bio-technical systems is put forward.

Keywords: biotechnical system, biological object, automatic control theory, feedback, metrology, biometrology, information, cognitive functions, human operator, image.

Цурков С. А., Горелова Н. А., Кожевников А. В., Тихоненкова О. В., Сергеев Т. В.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ПОВЕРХНОСТНОЙ НЕЙРОНАЛЬНОЙ И МЫШЕЧНОЙ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ В ЗОНЕ ШЕЙНОГО ОТДЕЛА ПОЗВОНОЧНИКА ЧЕЛОВЕКА … 67

DOI: 10.25728/datsys.2019.11.11

Аннотация: Высокая социальная значимость и разработка новых методов диагностики и лечения заболеваний и травм шейного отдела позвоночника обуславливают необходимость детального изучения механизмов изменения и разработки новых методов диагностики его функционального состояния. Статья посвящена одному из направлений научно-исследовательской работы кафедры медицинской радиоэлектроники Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения (ГУАП) – задаче разработки инструментария для комплексного изучения физиологии и патофизиологии шейного отдела позвоночника путем регистрации мышечной и другой поверхностной биоэлектрической активности нейронов в этой области. Разработан макет аппаратно-программного комплекса для регистрации нейрональной и мышечной активности шейного отдела позвоночника.

Ключевые слова: аппаратно-программный комплекс, электромиография, нейрональная активность, шейный отдел позвоночника.

Tsurkov S. A., Gorelova N. A., Kozhevnikov A. V., Tikhonenkova O. V., Sergeev T. V.

THE DEVICE FOR REGISTRATION OF SURFACE NEURAL AND MUSCLE BIOELECTRIC ACTIVITY IN THE HUMAN SPINE CERVICAL AREA

Abstract: The high social significance and development of new methods of diagnosis and treatment of diseases and injuries of the cervical spine determine the need for a detailed study of the mechanisms of change and the development of new methods of diagnosis of its functional state. The article is devoted to one of subject the research work of the Department of Medical Radioelectronics of the St. Petersburg State University of Aerospace Instrumentation (SUAI), the task of developing tools for a comprehensive study of the physiology and pathophysiology of the cervical spine by registering muscle and other neuronal surface bioelectric activity in this area. To solve this problem, it is developed layout a prototype of the hardware and software complex to study the physiology and pathophysiology of the cervical spine using registration of neuronal and muscle activity.

Keywords: hardware-software complex, electromyography, neuronal activity, cervical spine.