ТЕОРИЯ И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ
THEORY AND CONSTRUCTION PRINCIPLES OF SENSORS, DEVICES AND SYSTEMS
Малышев В. В.
ДОЛГОВРЕМЕННАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ И ВОСПРОИЗВОДИМОСТЬ ГАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОКСИДА ОЛОВА ВО ВЛАЖНЫХ ГАЗОВЫХ СМЕСЯХ ВОЗДУХА С ОКСИДОМ УГЛЕРОДА И МЕТАНОМ … 3
Аннотация: Проведены исследования на долговременную стабильность и воспроизводимость характеристик газочувствительных датчиков (сенсоров) на основе полупроводниковых оксидов металлов (чистой SnO2 и SnO2 с четырьмя каталитическими добавками: 3 вес. % Pd, 3 вес. % La2O3, 1 вес. % Sb2O5 + 3 вес. % La2O3 и 1 вес. % Pt + 3 вес. % Pd), изготовленных по толстопленочной технологии, в газовых смесях воздуха с 16 ppm СО и с 15000 ppm СН4, а также в газовых смесях воздуха с обоими газами в диапазоне температур 400…500 °С при влажности газовой среды 55 % RH. Экспериментальные данные иллюстрируются диаграммами сопротивления датчиков в чистом воздухе и в газовых смесях, а также диаграммами их отклика к СО и СН4. Дана интерпретация наблюдаемых явлений с точки зрения каталитических процессов, происходящих на поверхности полупроводника. Установлено, что наилучшим датчиком для регистрации СО и СН4 является сенсор на основе SnO2 с добавкой 3 вес. % La2O3, нагретый до 500 °С и обеспечивающий измерение концентрации обоих газов во влажном воздухе с воспроизводимостью показаний в пределах 4…5 % для СО и 2,5 % для СН4, по крайней мере, с шестого дня исследований. Показано, что при одновременном присутствии в воздухе двух газовых примесей (СО и СН4) условие аддитивности сигналов выполняется с погрешностью 3…5 %.
Ключевые слова: датчик (сенсор), отклик к СО и СН4, дрейф, сопротивление, воспроизводимость показаний.
Malyshev V. V.
LONG-TERM STABILITY AND REPRODUCIBILITY OF THE GAS SENSING CHARACTERISTICS OF SEMICONDUCTOR TIN DIOXIDE IN HUMID GAS MIXTURES OF AIR WITH CARBON DIOXIDE AND METHANE … 3
Abstract: The studies conducted on the long-term stability and reproducibility of the gas sensing characteristics of sensors based on semiconductor metal oxide (pure SnO2 and SnO2 with four catalytic additives: 3 wt % Pd, 3 wt % La2O3, 1 wt % Sb2O5 + 3 wt % La2O3 and 1 wt % Pt + 3 wt % Pd), made on thick-film technology in gas mixtures of air with 16 ppm CO and 15000 ppm CH4, as well as in gas mixtures of air with both gases in the temperature range of 400…500 ºC and relative humidity of the gaseous medium 55 % RH. The experimental data are illustrated by diagrams of the resistance of the sensor in pure air and in gas mixtures, as well as diagrams of their response to CO and CH4. Interpretation of the observed phenomena from the standpoint of catalytic processes occurring on the surface of the semiconductor. Found that the best sensor for registration of co and CH4 is a sensor based on SnO2 with the addition of 3 wt % La2O3, heated to 500 °C and which measure the concentrations of both gases in humid air with the reproducibility of readings in the range of 4-5% for CO and 2,5 % for CH4 at least, from the sixth day of research. It is shown that while the presence in the air of two gases (CO and CH4), the condition of additivity of the signals is performed with an error of 3…5 %.
Keywords: sensor, the response to CO and CH4, the drift resistance, reproducibility of readings.
Именков А. Н., Гребенщикова Е. А., Шутаев В. А. Оспенников А. М., Яковлев Ю. П.
ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ДАТЧИК ВОДОРОДА НА ОСНОВЕ СТРУКТУРЫ Pd/n-InP … 15
Аннотация: Описана технология изготовления чувствительного элемента оптоэлектронного датчика водорода, состоящего из оптопары светодиод–диод на основе Pd–n-InP с промежуточным слоем оксидной пленки. Показано, что при воздействии светодиодного излучения на слой палладия чувствительность к водороду возрастает в 10 раз. Испытания опытного образца датчика при комнатной температуре подтвердили его селективность к водороду, высокая чувствительность, быстродействие (10–30 с) и низкое энергопотребление (~40 мВт).
Ключевые слова: датчик водорода, оптопара, чувствительный элемент, палладий.
Imenkov A. N., Grebenshchikova E. A., Shutaev V. A., Ospennikov A. M., Yakovlev Yu. P.
OPTOELECTRONIC HYDROGEN SENSOR BASED ON Pd/n-InP STRUCTURE … 15
Abstract: The paper describes the manufacturing technology of the sensing element for the optoelectronic hydrogen sensor based on optocoupler: LED–Pd/n-InP structure with an interfacial oxide film layer. It is shown that the sensitive element sensitivity to hydrogen increases by 10 times when the palladium layer has been exposed by LED irradiation. By testing the sensor test model at room temperature it’s selectivity to hydrogen, high sensitivity, operating speed (10–30 s) and low power consumption (~40 mW) were revealed.
Keywords: hydrogen sensor, opto-coupler, sensor, palladium.
Васильев Д. В.
МЕТОД УТОЧНЕНИЯ КОНТУРА СВЕТОВОГО ПОЛЯ СЕКТОРНОГО НАВИГАЦИОННОГО КОМПЛЕКСА … 20
Аннотация: Предложен метод расчета параметров контура элемента светового поля секторного навигационного комплекса, проведено его сравнение с существующими инженерными программными комплексами трассировки лучей через оптические системы и применяемым в настоящее время методом определения дальности видимости световых навигационных сигналов, основанным на уравнении Аллара, которое официально принято в основных руководящих документах по навигационному оборудованию для воздушного и водного транспорта. Представлено математическое обоснование предложенного метода и результаты расчетов, а также ряд натурных экспериментов, подтверждающих уточнение контура светового поля. Такое уточнение, составляющее до 30 % от дальности видимости огня, непосредственно влияет на основные навигационные параметры секторного комплекса.
Ключевые слова: световое поле, последовательность изображений, метеовидимость, вероятность обнаружения, турбулентность атмосферы, оптическая передаточная функция, модуляционная передаточная функция, функция передачи фазы, оптическая система.
Vasiliev D. V.
THE METHOD REFINEMENT OF THE CONTOUR OF THE LIGHT FIELD IN THE SECTOR NAVIGATION COMPLEX … 20
Abstract: The article considers a new method for calculating the parameters of the contour of the light field element in the sector navigation complex. A comparison with existing engineering software systems, of ray tracing through optical systems and the currently used method for determining the range of visibility of light navigation signals is given. The mathematical apparatus of the proposed method is presented. The results of calculations was confirmed by a number of full-scale experiments that show a refinement of the light field contour, which amounts to 30 % of the range of visibility of the fire. The importance of this refinement, directly affecting the main navigation parameters of the sector complex, was confirmed.
Keywords: light field, sequence of images, meteorological view, probability of detection, atmospheric turbulence, optical transfer function, modulation transfer function, phase transfer function, optical system.
***
ПАМЯТИ НАТАЛЬИ НИКОЛАЕВНЫ КУЗНЕЦОВОЙ … 24
IN MEMORY OF NATALIA NIKOLAEVNA KUZNETSOVA … 24
КОНСТРУИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ
DESIGN AND PRODUCTION OF SENSORS, DEVICES AND SYSTEMS
Аваева Л. Г., Сергеева Н. А., Милешин С. А., Цивинская Т. А.
АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ ПРОИЗВОДСТВА КРИСТАЛЛОВ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ ДЛЯ СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ … 25
Аннотация: Рассмотрены проблемы современного производства по созданию чувствительных элементов сенсорных систем из монокристаллического кремния. Показаны особенности методов конструирования с учетом технологических ограничений при производстве интегральных структур, предназначенных для высокоточных контрольно-измерительных приборов измерения давления. Проанализированы типовые дефекты кристаллической решетки, возникающие при создании чувствительных элементов из монокристаллического кремния, и их влияние на характеристики контрольно-измерительных сенсоров. Даны рекомендации по учету влияния механических свойств монокристаллического кремния, габаритных размеров кристалла и производственных факторов при разработке конструкции кристалла чувствительных элементов.
Ключевые слова: монокристаллический кремний, кристаллическая решетка, микродефекты, контрольно-измерительный сенсор, упругие деформации, чувствительный элемент.
Avayeva L. G., Sergeyev N. A., Mileshin S. A., Tsivinskaya T. A.
THE ANALYSIS OF PROBLEMS OF PRODUCTION OF CRYSTALS OF SENSITIVE ELEMENTS FROM SINGLE-CRYSTAL SILICON FOR TOUCH SYSTEMS … 25
Abstract: Problems of modern crystal production from a line item of creation of sensitive elements of touch systems from single-crystal silicon are considered. Features of methods of designing taking into account technological restrictions of integrated structures for high-precision instrumentations of measurement of pressure are shown. Standard defects of a crystal lattice and their influence on characteristics of control and measuring sensors arising production of sensitive elements from single-crystal silicon are analyzed. Recommendations about taking note of mechanical properties of single-crystal silicon, overall dimensions of a crystal and production factors in case of a crystal design for sensitive elements are made.
Keywords: single-crystal silicon, crystal lattice, microdefects, control and measuring sensor, elastic deformations, sensitive element.
Виноградов А. Н., Егоров В. В., Калинин А. П., Родионов А. И., Родионов И. Д., Родионова И. П.
АВИАЦИОННАЯ СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГА ЗЕМЛИ В ВИДИМОМ И БЛИЖНЕМ ИНФРАКРАСНОМ ДИАПАЗОНЕ (400–1700 нм) … 32
Аннотация: Приведено описание системы авиационного мониторинга земной поверхности, включающей в себя гиперспектрометры видимого и ближнего инфракрасного диапазона, видеокамеру, GPS-приемник и гироплатформу. Представлены результаты летных испытаний системы, полученные в ходе полетов в средней полосе России в июле 2016 г.
Ключевые слова: гиперспектрометр, видеокамера, GPS-приемник, мониторинг, спектральный коэффициент яркости, изображение.
Vinogradov A. N., Egorov V. V., Kalinin A. P., Rodionov A. I., Rodionov I. D., Rodionova I. P.
EARTH REMOTE SENSING AVIATION SYSTEM IN VNIR BAND (400–1700 nm) … 32
Abstract: Description of system for aviation earth surface monitoring is given. The system includes hyperspectrometers of visible and near infrared bands, video camera, GPS-receiver and gyroplatform. The results of flight tests received during its in the middle regions of Russia in July 2016 are described.
Keywords: hyperspectrometer, video camera, GPS-receiver, monitoring, spectral reflectance, image.
Бусурин В. И., Горшков Б. Г., Коробков В. В., Дьячков В. В.
ТВМ-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ С ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКИМ СЧИТЫВАНИЕМ ИНФОРМАЦИИ … 37
Аннотация: В работе рассмотрено построение твердотельного волнового микрооптоэлектронного (ТВМ) преобразователя угловой скорости на основе интерферометрического метода считывания информации. Исследовано влияние параметров полусферического кольцевого резонатора на его радиальные движения и измеряемые зазоры. Предложена модель микрооптоэлектронного преобразователя на основе полусферического резонатора и интерферометра Фабри-Перо, обеспечивающая высокую точность и стабильность измерений угловой скорости.
Ключевые слова: твердотельный волновой гироскоп, твердотельный волновой резонатор, микрооптоэлектронный преобразователь, угловая скорость, функция преобразования, зазор, радиальное движение.
Busurin V. I., Gorshkov B. G., Korobkov V. V., Diachkov V. V.
SOLID-STATE WAVE MICRO-OPTOELECTRONIC CONVERTER OF ANGULAR VELOCITY WITH INTERFEROMETRIC INFORMATION READING … 37
Abstract: The paper deals with the construction of a solid-state wave converter of angular velocity based on the interferometric method of reading information. The effect of the parameters of a hemispherical ring resonator on its radial movements and measured gaps is investigated. A model of a micro-optoelectronic converter based on a hemispherical resonator and a Fabry-Perot interferometer is proposed, which provides high accuracy and stability of angular velocity measurements.
Keywords: solid-state wave gyroscope, solid-state wave resonator, micro-optoelectronic converter, angular velocity, transformation function, gap, radial motion.
Рябчиков М. Ю., Бурнашев Р. Э., Рябчикова Е. С.
УСТАНОВКА ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ХАОТИЧНО РАСПОЛОЖЕННЫХ ПРОДУКТОВ ДРОБЛЕНИЯ … 44
Аннотация: Предложена конструкция установки для оперативного контроля геометрических характеристик продуктов дробления непосредственно в потоке без отбора проб. При организации контроля используется система автоматизированной обработки изображений материалов, основанная на выделении контуров отдельных кусков материалов. Получение изображения осуществляется в специфических условиях освещения, позволяющих выполнить автоматическую отбраковку полученных контуров по результату обработки отдельного кадра, что необходимо для получения достоверных усредненных оценок, таких как лещадность.
Ключевые слова: контроль качества продуктов дробления; анализ изображения; определение контуров; анализ свойств материалов в потоке.
Ryabchikov M. Yu., Burnashev R. E., Ryabchikova E. S.
INSTALLATION FOR AUTOMATED CONTROL OF RANDOMLY POSITIONED CRUSHED STONE GEOMETRICAL CHARACTERISTICS … 44
Abstract: The paper describes the design of an installation for operating control of crushed stone geometrical characteristics in-flow without sampling. An automated material image processing system is used to establish the control. The system is based on detection of separate material pieces contours. Images are acquired in special illumination environment, which allows for an automatic sorting out of the received contours by separate frame processing results. It is necessary for derivation of adequate average estimated values, such as flakiness.
Keywords: control of crushed stone quality; image analyzing; contours detection; analyzing of material characteristics in-flow.
Новые приборы
New devices
МАГНИТНО-ВИХРЕТОКОВЫЙ ДЕФЕКТОСКОП ВИД-345 … 53
MAGNETIC-VIRTECET DEFECTOSCOPE VID-345 … 53
БЕЗОКУЛЯРНЫЙ СТЕРЕОМИКРОСКОП LYNX … 54
EYEPIECELESS STEREOMICROSCOPE LYNX … 54
СИСТЕМА МОНИТОРИНГА И ОХРАНЫ “ДУНАЙ” … 56
MONITORING AND PROTECTION SYSTEM "DUNAI" … 56
ИЗМЕРЕНИЯ, КОНТРОЛЬ, АВТОМАТИЗАЦИЯ (журнал в журнале)
MEASUREMENT, CONTROL, AUTOMATION (Journal in journal)
Об ожиданиях, перспективах, тенденциях
(Новости)
Expectations, Outlooks, Trends
(Digest)
"МНОГОЯЗЫЧНАЯ" ЦЕПЬ: "ОПТОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ" НИСТ СВЯЗЫВАЕТ ЗВУКОВЫЕ, СВЕТОВЫЕ И РАДИОВОЛНЫ … 58
MULTILINGUAL CIRCUIT: NIST’S “OPTOMECHANICAL TRANSDUCER” LINKS SOUND, LIGHT AND RADIO WAVES … 58
В MIT РАЗРАБОТАЛИ ПРОСТОЙ ТЕСТ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКТОВ … 59
MIT’S NEW TECHNOLOGY OFFERS CHEAPER, FASTER FOOD TESTING … 59
АМЕРИКАНСКИЕ УЧЕНЫЕ СОЗДАЛИ ЭЛАСТИЧНЫЕ СЕНСОРНЫЕ ВОЛОКНА … 60
AMERICAN RESEARCHERS HAVE CREATED ELASTIC, TOUCH-SENSITIVE FIBERS … 60
ВИРТУАЛЬНАЯ РЕАЛЬНОСТЬ СТАЛА В РОССИИ РАБОТАЮЩИМ БИЗНЕСОМ … 60
VIRTUAL REALITY BECOMES A WORKING BUSINESS IN RUSSIA … 60
ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ И ЕГО БЛИЖАЙШЕЕ БУДУЩЕЕ … 61
ARTIFICIAL INTELLIGENCE AND ITS NEAR FUTURE … 61
БИБЛИОГРАФИЯ+ … 61
BIBLIOGRAPHY+ … 61
ХРОНИКА
CHRONICLE
ФОРУМ “ТЕРРИТОРИЯ NDT 2017” … 64
NDT TERRITORY FORUM 2017 … 64
ВЫСТАВКА ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ “ЭКСПОЭЛЕКТРОНИКА” … 66
EXHIBITION OF ELECTRONIC COMPONENTS “EXPOELECTRONICA” … 66