ТЕОРИЯ И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ

THEORY AND CONSTRUCTION PRINCIPLES OF SENSORS, DEVICES AND SYSTEMS

Представляет Специальное конструкторское бюро
средств автоматизации морских исследований ДВО РАН

Special Research Bureau for Automation of Marine Researches FEB RAS presents

Малашенко А. Е., Мироненко М. В., Карачун Л. Э.

ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ РАДИОГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПОЛИГОН В ПЕРЕХОДНОЙ ЗОНЕ ОХОТСКОГО И ЯПОНСКОГО МОРЕЙ … 3

Аннотация: Рассмотрена история создания и эксплуатации гидроакустического измерительного полигона, сформированного в переходной зоне Охотского и Японского морей. Представлены результаты реализации его измерительных технологий в решении задач комплексного мониторинга гидрофизических и геофизических полей различной физической природы, формируемых источниками, процессами и явлениями атмосферы, океана и земной коры в диапазоне частот десятки-единицы килогерц, сотни-десятки-единицы-доли единицы герц. Обоснована необходимость его восстановления и оборудования на современном научно-техническом уровне и использовании как обобщающего и управляющего звена создаваемой Дальневосточной радиогидроакустической системы освещения и мониторинга морской экономической зоны Дальневосточного региона.

Ключевые слова: гидроакустический полигон, гидрофизический мониторинг, система освещения морской обстановки.

Malashenko A. E., Mironenko M. V., Karachyun L. E.

RADIOHYDROACOUSTICAL TEST RANGE EQUIPPED IN THE TRANSITION ZONE OF THE SEA OF OKHOTSK AND THE SEA OF JAPAN … 3

Abstract: We consider the history of creation and use of sonar measuring polygon formed in the transition zone of the Sea of Okhotsk and the Sea of Japan. There are presented results of implementation of its measurement technology, in meeting the challenges of complex monitoring of hydrophysical and geophysical fields of various physical nature, formed by the sources, processes and phenomena of atmosphere, ocean and earth's crust in the frequency range of tens to units of kilohertz to hundreds to tens to units to fractions of Hertz. The necessity is grounded of its restoration and equipping to modern scientific and technical level and its usage as resumptive and control unit of Far Eastern radiohydroacoustical system of lighting and monitoring the maritime economic zone of Far East Region.

Keywords: hydroacoustical polygon, hydrophysical monitoring, marine environment lighting system.

Мироненко М. В., Василенко А. М., Карачун Л. Э.

ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА РАСЧЕТА И АНАЛИЗА ПРОСВЕТНОГО ГИДРОАКУСТИЧЕСКОГО ПОЛЯ В СИСТЕМАХ МОНИТОРИНГА МОРСКИХ АКВАТОРИЙ … 12

Аннотация: Рассмотрены концепция и реализация информационно-аналитической системы расчета параметров гидроакустического поля на протяженных трассах с переменными гидролого-акустическими характеристиками среды и ее границ. Приводится методика расчета пространственной структуры характеристик акустического поля по программе “Дальность”. Проведена оценка адекватности программы, результаты расчетов характеристик акустического поля на протяженной трассе Японского моря при наличии синоптического вихря.

Ключевые слова: просветная система мониторинга, гидрофизические поля, океанический канал распространения акустических волн, база информационных данных гидроакустического канала распространения волн, информационно-аналитическая система расчета характеристик полей, пространственная амплитудно-фазовая структура акустического поля.

Mironenko M. V., Vasilenko A. M., Karachyun L. E.

INFORMATION-ANALYTICAL SYSTEM OF CALCULATION AND ANALYSIS OF TRANSLUCENT HYDROACOUSTIC FIELD IN MONITORING OF SEA AREAS … 12

Abstract: This paper presents the concept of formation and implementation of system for calculating the parameters of hydroacoustic field on long ranges with variable hydrological and acoustical characteristics of environment and its boundaries. Technique of spatial structure characteristics of acoustic field calculation using program “Range”, is given. Adequacy of program is assessed, based on results of calculations of characteristics of acoustic field at extended range at the Sea of Japan in the presence of synoptic vortex.

Keywords: translucent monitoring system, hydrophysical fields, oceanic channel of acoustic wave propagation, information database of hydroacoustical wave propagation channel, information and analytical system for calculating characteristics of fields, spatial amplitude-phase structure of acoustic field.

Малашенко А. Е., Мироненко М. В., Шостак С. В.

ФАЗОВЫЙ МЕТОД ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ВОЛН В ПРОСВЕТНЫХ СИСТЕМАХ МОНИТОРИНГА … 17

Аннотация: Анализируются закономерности формирования пространственной амплитудно-фазовой структуры просветного акустического поля в условиях помех и нестабильности канала распространения просветных сигналов. Обоснована методика выделения полей объектов и среды фазовыми методами приема и обработки принимаемых просветных сигналов. Приведены результаты дальнего параметрического приема информационных волн различной физической природы, формируемых объектами и морской средой в звуковом и инфразвуковом диапазонах частот.

Ключевые слова: просветные системы мониторинга, гидрофизические поля, амплитудно-фазовая структура просветного поля, фазовая обработка сигналов, нелинейное взаимодействие и параметрическое преобразование волн различной физической природы.

Malashenko A. E., Mironenko M. V., Shostak S. V.

PHASE METHOD FOR RECEIVING, PROCESSING AND ALLOCATION OF SIGNAL WAVES IN TRANSLUCENT MONITORING SYSTEMS … 17

Abstract: Patterns are analyzed of formation and feasibility of spatial amplitude and phase structure of translucent acoustic field in the presence of environment noise and instability of translucent signals’ propagation channel. Measurement technologies are justified of allocation of fields of objects and environment by means of phase methods for receiving and processing received translucent signals. Results are brought of long-range parametric reception of information waves of different physical nature of sound and infrasound frequency bands generated by objects and marine environment.

Keywords: translucent monitoring systems, hydrophysical fields, amplitude-phase structure of translucent field, phase signal processing, nonlinear interaction and parametric conversion of waves of different physical nature.

Мироненко М. В., Василенко А. М., Карачун Л. Э.

РАСЧЕТ СТРУКТУРЫ И ИНТЕНСИВНОСТИ АКУСТИЧЕСКОГО ПРОСВЕТНОГО ПОЛЯ В УСЛОВИЯХ ЦИКЛОНИЧЕСКОГО ВИХРЯ … 21

Аннотация: Рассмотрены теоретические основы и вычислительные программы расчета пространственной структуры, интенсивности и потерь на распространение, основанные на лучевой теории распространения акустических волн в протяженном океаническом канале с переменными характеристиками его среды и границ “Дальность”. Приведены результаты расчетов интенсивности и пространственной структуры, акустического поля при воздействии циклонического вихря, подтверждающие эффективность разработанной программы и практическую возможность ее реализации в системах мониторинга морских акваторий.

Ключевые слова: просветная система мониторинга, циклонический вихрь, гидрофизические и геофизические поля, канал распространения акустических волн, переменные характеристики среды и границ канала, база и данных гидроакустических полей, программа расчета структуры и интенсивности просветного акустического поля, пространственная амплитудно-фазовая структура акустического поля.

Mironenko M. V., Vasilenko A. M., Karachyun L. E.

CALCULATIONS OF STRUCTURE AND INTENSITY OF TRANSLUCENT ACOUSTIC FIELD IN THE PRESENCE OF CYCLONIC VORTEX … 21

Abstract: We consider the development of theoretical foundations of computing technologies and programs of calculation of spatial structure, intensity and propagation loss based on ray theory of acoustic wave propagation in long ocean waveguide with variable characteristics of its environment and the boundaries, named "Range". The results of calculations of intensity and spatial structure of acoustic field under the influence of cyclonic vortex, confirming the effectiveness of created program and the feasibility of its implementation in maritime monitoring systems.

Keywords: translucent monitoring system, cyclonic vortex, hydrophysical and geophysical fields, channel of propagation of acoustic waves, variable characteristics of environment and channel boundaries, database of sonar fields, program calculating structure and intensity of translucent acoustic field, spatial amplitude-phase structure of acoustic field.

***

Полохов А. Н.

АЛГОРИТМИЧЕСКИЙ МЕТОД КОРРЕКЦИИ ПОКАЗАНИЙ СИСТЕМЫ ДАТЧИКОВ ГЛОНАСС/NAVSTAR, РАСПОЛОЖЕННЫХ ОСОБЫМ ОБРАЗОМ НА ПОВЕРХНОСТИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА … 24

Аннотация: Задачи навигации, а также современные средства автоматизации управления воздушным движением и управления конкретным беспилотным летательным аппаратом (БЛА) требуют повышения точности определения координат. Благодаря комплексированию датчиков, размещенных определенным образом на поверхности БЛА и алгоритму обработки информации удается значительно повысить точность его местоположения.

Ключевые слова: спутниковая навигации, датчики, измерения, алгоритм обработки, управление.

Polokhov A. N.

THE ALGORITHMIC METHOD TO CORRECTION READING SYSTEM SENSORS GLONASS/NAVSTAR, LOCATED BY SPECIAL MANNER ON SURFACES OF THE FLYING MACHINE … 24

Abstract: The Problems to navigations, automations of air traffic management and management concrete flying machines (FM) require significant increasing to accuracy of the determination of the coordinates, than that, which provide the sensors, parallel working in system GLONASS and NAVSTAR. Due to increase the number of sensors, placed by certain manner on surfaces FM and algorithm of data processing, it manages vastly to raise accuracy of the determination of the location air ships.

Keywords: GPS, GLONASS, NAVSTAR, sensors, measurements, processing algorithm, control.

Терауд В. В.

СИСТЕМА ЛОКАЛЬНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ БЕЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВНЕШНИХ СИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ «FLOW MOTION» ДАТЧИКОВ … 31

Аннотация: Проанализированы общие подходы к проблеме навигации. Рассмотрен оптический датчик “flow motion” и его применение для вычисления координат мобильного робота. Исследованы особенности работы датчика. Разработана система, позволяющая определять координаты мобильного робота в процессе его перемещения.

Ключевые слова: flow motion, локальная навигация, мобильный робот.

Teraud V. V.

LOCAL POSITIONING SYSTEM WITHOUT EXTERNAL SIGNALS BASED ON "FLOW MOTION" SENSORS … 31

Abstract: The general approach to a problem of navigation is shown. There are described an optical flow motion sensor and its application to calculate the coordinates of the mobile robot. The features of the sensor are analyzed. The system is developed that allows to determine the coordinates of the mobile robot in the process of moving.

Keywords: flow motion, local navigation, mobile robot.

DESIGN AND PRODUCTION OF SENSORS, DEVICES AND SYSTEMS

Представляет Конструкторско-технологический институт
научного приборостроения СО РАН

Technological Design Institute of Scientific Instrument Engineering SB RAS presents

Патерикин В. И.

ВОЗМОЖНОСТИ ОПТИЧЕСКОГО 3D-ЗОНДИРОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВА С ПОМОЩЬЮ НАГОЛОВНЫХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ … 40

Аннотация: Представлен обзор работ и направление развития методов и средств измерения пространственных параметров трехмерных предметов в реальном времени. Рассмотрены основные предпосылки для создания средств измерения на базе современных 3D-сенсоров в составе наголовного визуализирующего устройства продолжительного использования для достоверного изображения глубины пространства.

Ключевые слова: зондирование поверхности, оптические средства, 3D-сенсоры, времяпролетные датчики, наголовные дисплеи.

Paterikin V. I.

CAPABILITIES FOR 3D OPTICAL SENSING OF SPACE USING THE MEASURING HEAD-MOUNTED DISPLAYS … 40

Abstract: An overview of the works and trends of methods and means developments for measurement the spatial parameters of three-dimensional objects in real time is presented. The basic prerequisites for creating the measuring devices based on modern 3D sensors as part of head-mounted displays imaging device of long-term usage for reliable image of the space depth are considered.

Keywords: surface sensing, optical means, 3D sensors, time-of-flight sensors, head-mounted displays.

Верхогляд А. Г., Завьялова М. А., Качкин А. Е., Кокарев С. А., Корольков В. П.

КРУГОВАЯ ЛАЗЕРНАЯ ЗАПИСЫВАЮЩАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ФАЗОВЫХ И АМПЛИТУДНЫХ МИКРОСТРУКТУР НА СФЕРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЯХ … 45

Аннотация: Работа посвящена принципам построения и результатам разработки круговой лазерной записывающей системы нового поколения, предназначенной для записи дифракционных оптических элементов (ДОЭ) на сферических поверхностях с ошибкой волнового фронта менее λ/100. Использование двух лазеров позволяет реализовать на данной системе запись многоуровневого микрорельефа фазовых ДОЭ на пленках фоторезиста и амплитудных фотошаблонов на тонких пленках хрома. Данная система является уникальным литографическим оборудованием, не имеющим аналогов в мире. В работе рассмотрен также датчик автофокусировки, позволяющий поддерживать фокус при наклоне поверхности до 8° с погрешностью ±0,1 мкм.

Ключевые слова: круговая лазерная записывающая система, датчик автоматической фокусировки, фоторезист, дифракционный оптический элемент.

Verhoglyad A. G., Zav'yalova M. A., Kachkin A. Ye., Kokarev S. A., Korol'kov V. P.

CIRCULAR LASER WRITING SYSTEM FOR FABRICATION OF PHASE AND AMPLITUDE MICROSTRUCTURES ON SPHERICAL SURFACES … 45

Abstract: The paper is devoted to the construction principles and the development results of a circular laser writing system of new generation for production the diffractive optical elements (DOE) on the spherical surfaces with the wavefront error λ/100. Using two lasers allows recording on this system the multi-level phase DOE microrelief on the photoresist film as well as the amplitude photomasks on chromium thin films. This system is the unique lithography equipment in the world, which doesn’t have analogues. The autofocus sensor, that allows maintaining the focus under the tilted surface up to 8º with the accuracy of ± 0,1 um is also considered in this paper.

Keywords: circle laser writing system, autofocus sensor, photoresist, diffractive optical element.

Сысоев Е. В., Выхристюк И. А., Куликов Р. В., Поташников А. К., Широков В. В.

ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ МИКРОПРОФИЛОМЕТР … 52

Аннотация: Представлена структура оптического интерференционного профилометра, позволяющего измерять микрорельеф поверхности на площади до 36 мм² с субмикронным разрешением со скоростью сканирования по высоте не менее 20 мкм/с. Принцип работы профилометра основан на использовании интерференции белого света. Измерение рельефа производится посредством расчета фазовой функции волнового фронта света, рассеянного контролируемой поверхностью. Приведены функциональные возможности и технические характеристики профилометра, а также рассмотрены возможные сферы его применения.

Ключевые слова: интерферометр белого света, бесконтактное оптическое измерение, микрорельеф, нанорельеф, 3D-реконструкция.

Sysoev E. V., Vykhristuk I. A., Kulikov R. V., Potashnikov A. K., Shirokov V. V.

OPTICAL INTERFERENCE MICROPROFILOMETER FOR HIGH SPEED MEASUREMENTS … 52

Abstract: The structure of optical interference profilometer allowing to measure surface microrelief on square up to 36 mm² with submicron resolution and scanning speed by height not less than 20 mkm/s is presented. The operation principle of profilometer is based on use of white light interference. The relief measurement is carried out by means of calculation of wavefront phase function of light scattered by surface under inspection. The functional capabilities of profilometer and its performance specifications are given as well as the possible spheres of its application are considered.

Keywords: white light interferometer, non-contact optical measurement, microreleif, nanorelief, 3D-reconstruction.

Сысоев Е. В., Выхристюк И. А., Куликов Р. В., Поташников А. К.

СИСТЕМА КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ПОВРЕЖДЕНИЙ ВНЕШНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ОБОЛОЧКИ ТВЭЛ РЕАКТОРА БН-800 … 58

Аннотация: Представлена разработанная в КТИ НП СО РАН автоматизированная оптоэлектронная система “Профиль-Т”, предназначенная для контроля поверхностных дефектов оболочки ТВЭЛ реакторов типа БН-800. Рассмотрены структура измерительной системы, состав, особенности конструкции и программное обеспечение. Приведены технические характеристики системы.

Ключевые слова: система контроля дефектов поверхности ТВЭЛ, бесконтактное автоматическое измерение, МОКС-топливо, интерферометр, профилометр.

Sysoev E. V., Vykhristuk I. A., Kulikov R. V., Potashnikov A. K.

SYSTEM FOR INSPECTION OF MECHANICAL DAMAGES OF FUEL ELEMENTS SURFACE FOR BN-800 REACTOR … 58

Abstract: The automated optoelectronic system “Profile-T” intended for inspection of fuel element surface defects for BN-800 reactors is presented. The measurement system structure, composition, design features and software are considered. Technical characteristics of the system are shown.

Keywords: Inspection system of fuel element surface defects, noncontact automatic measurement, MOX fuel, interferometer, profilometer.

***

Шаров В. В., Фатыхов Р. И.

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ И УЧЕТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ОСНОВЕ WEB-ИНТЕРФЕЙСОВ … 62

Аннотация: Рассмотрена автоматизированная система контроля и учета электроэнергии распределенных измерительных устройств, в которой в качестве управляющего объекта используется не автоматизированное рабочее место, а специализированное приложение на основе web-технологий.

Ключевые слова: автоматизированная система контроля, web-интерфейс, структурная схема, микроконтроллер.

Sharov V. V., Fatykhov R. I.

AUTOMATIC CONTROL SYSTEMS AND ACCOUNTING ELECTRICITY FROM WEB-INTERFACE … 62

Abstract: We consider an automated system of control and accounting of electricity distributed measuring devices are used as control sites, that is not a workstation, and the dedicated application based on web technologies.

Keywords: automated control system, Web interface, structure scheme, microcontroller.

Иванов О. В., Черторийский А. А.

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ИЗГИБА НА ОСНОВЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МОД В ВОЛОКНЕ С ДВОЙНОЙ ОБОЛОЧКОЙ … 64

Аннотация: Разработан и исследован волоконно-оптический датчик изгиба, структура которого образована вставкой отрезка одномодового волокна SM630 с двойной оболочкой между стандартными волокнами SMF-28. Принцип действия датчика основан на преобразовании мод сердцевины и оболочки, связь между которыми происходит на стыке волокон, имеющих различные профили показателя преломления. Опрос датчика осуществляется двумя источниками с длинами волн 1328 и 1545 нм, на которых зависимости пропускания волокна от изгиба существенно различны. Показано, что предложенный датчик позволяет измерять изгибы с радиусами кривизны от метров до 23 см с погрешностью измерения кривизны порядка 3 %.

Ключевые слова: оптическое волокно, оболочечные моды, оптоволоконный датчик изгиба.

Ivanov O. V., Chertoriyskiy A. A.

A FIBER-OPTIC BEND SENSOR BASED ON MODE COUPLING IN A DOUBLE CLADDING FIBER … 64

Abstract: Redevelop and investigate fiber-optic bend sensor, which is formed by a section of double cladding SM630 fiber between standard SMF-28 fibers. The principle of operation of the sensor is based on coupling of the fiber core and cladding modes at the splices of fibers having different refractive index profiles. We use two sources with wavelengths 1328 and 1545 nm to interrogate the sensor. The dependences of transmission on curvature at these wavelengths are significantly different. We show that the proposed sensor is able to perform measurements of curvature with radii from meters to 23 cm with accuracy of about 3 %.

Keywords: optical fiber, cladding modes, fiber-optic bend sensor.

Козлов В. Л., Васильчук А. С.

ДАЛЬНОМЕР НА ОСНОВЕ ЦИФРОВОЙ 3D-ФОТОКАМЕРЫ ДЛЯ КРИМИНАЛИСТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ … 70

Аннотация: Приводится методика построения пассивного дальномера на основе серийно выпускаемой 3D-фотокамеры, обеспечивающего измерение расстояний и размеров объектов по анализу цифровых фотографических изображений, не использующего мерный объект, расположенный в измеряемой области. Приводятся результаты экспериментальных исследований измерителя.

Ключевые слова: измерение расстояний и размеров, 3D-камера, цифровое изображение, субпиксельная обработка изображений.

Kozlov V. L., Vasilchuk A. S.

RANGEFINDER BASED ON DIGITAL 3D-CAMERA FOR CRIMINALISTICS INVESTIGATION … 70

Abstract: The method for the passive distances and sizes measurement of objects using 3-D camera based on the analysis of the digital photographic images, not using the measuring object located in the center of measured area is offered. Experimental results of measuring equipment are presented.

Keywords: distance and size measurement, 3D-camera, digital photographic image, sub pixel image processing.

Ларионов В. А.

РЕЗИСТИВНЫЙ ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ С МЕТРОЛОГИЧЕСКИМ САМОКОНТРОЛЕМ … 76

Аннотация: Предложен метод метрологического самоконтроля датчика температуры с термопреобразователем сопротивления на основе операции саморазогрева.

Ключевые слова: метрологический самоконтроль, датчик температуры.

Larionov V.A.

RESISTIVE TEMPERATURE SENSOR WITH METROLOGICAL SELF-CONTROL … 76

Abstract: The method of metrological control temperature sensor with thermocouple resistance based on the activity of self-heating.

Keywords: metrological self-control, temperature sensor.

ИЗМЕРЕНИЯ, КОНТРОЛЬ, АВТОМАТИЗАЦИЯ (журнал в журнале)

MEASUREMENT, CONTROL, AUTOMATION (Journal in journal)

Об ожиданиях, перспективах, тенденциях

(Новости)

Expectations, Outlooks, Trends

(News)

ФОТОННЫЕ ТЕРМОМЕТРЫ В НАЦИОНАЛЬНОМ ИНСТИТУТЕ СТАНДАРТОВ И ТЕХНОЛОГИЙ США … 79

PHOTONIC THERMOMETERS AT NIST … 79

ГРАФЕНОВЫЙ ДАТЧИК ОБНАРУЖИВАЕТ НАНОМОЛЕКУЛЫ … 80

GRAPHENE SENSOR DETECTS NANO MOLECULES … 80

ТЕНДЕНЦИИ В ОБЛАСТИ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ … 80

INDUSTRIAL ROBOT TRENDS … 80

***

БИБЛИОГРАФИЯ+ … 81

BIBLIOGRAPHY+ … 81