Devices and Methods of Measurements (E-Journal) / Приборы и методы измерений
Not a member yet
490 research outputs found
Sort by
ВЛИЯНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО ПОДМАГНИЧИВАНИЯ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНО-АКУСТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПРИ ВОЛНОВОДНОМ КОНТРОЛЕ ПРУТКОВ
Get PDFThe disadvantage of the electromagnetic-acoustic (EMA) method receiving ultrasonic waves are low efficiency. The traditional way to enhance its effectiveness is increase the bias field. The aim of the study was research the way to improve the efficiency of the EMA transformation, using a time-varying bias field.The researches held with the help of a specially designed installation that allows the magnetization to be performed by a constant and alternating magnetic field (dynamic bias), synchronously with the passage of the received pulse. The object of the study were rods made of different grades of steel with a diameter of 4–6 mm, in which the symmetrical zero mode S0 of the rod wave was excited by the EMA method (in the frequency range of about 40 kHz). A comparative analysis of the amplitudes and form pulses of multiple reflections during static and dynamic reversal of magnetization and with a full cycle of magnetization reversal conducted.The result of the efficiency measurements EMA reception during static and dynamic bias found a significant (up to 5 times) increase in the signal amplitude on the receiving transducer. Taking into account that the main contribution to the excitation mechanism and the reception mechanism made the magnetostrictive effect on low frecuncy, it can assumed that using a dynamic bias field is impacting significant on the effective mobility of magnetic domains (that is changes the dynamic magnetic susceptibility of the material). It is established that it is possible to monitor steel at lower values of the bias field, and, consequently, to reduce the mass dimensions of the magnetic system.Thus, in the course of the researchers found of effect of dynamic bias and effect of dynamic bias increase acoustic pulse amplitude of the signal of the received EMA method. Using this method will improve the quality EMA testing by creating more efficient EMA transducer. Taking into account that the value of the detected effect depends significantly on the steel grade, we can assume its possible application in the methods of express analysis, estimation of structural and stressed states. Недостатком электромагнитно-акустического (ЭМА) метода приема ультразвуковых колебаний является его низкая эффективность. Традиционные способы ее повышения – увеличение подмагничивающего поля. Целью данной работы являлось исследование способа повышения эффективности ЭМА преобразования с использованием изменяющегося во времени поля подмагничивания. Исследования проводились с помощью специально разработанной установки, позволяющей осуществлять подмагничивание постоянным и переменным магнитным полем (динамическое подмагничивание) синхронно с прохождением принятого импульса. Объектом исследования являлись прутки из различных марок стали диаметром 4–6 мм, в которых ЭМА методом возбуждалась симметричная нулевая мода S0 стержневой волны (в частотном диапазоне около 40 кГц). Проведен сравнительный анализ амплитуд и форм серии импульсов многократных отражений при статическом и динамическом перемагничивании и с полным циклом перемагничивания.В результате проведенных измерений эффективности ЭМА приема при статическом и динамическом подмагничивании установлено существенное (до 5 раз) увеличение амплитуды сигнала на приемном преобразователе. В связи с тем, что на низких частотах основной вклад в механизм как возбуждения, так и приема вносит магнитострикционный эффект, можно предполагать, что использование динамического поля подмагничивания существенным образом влияет на эффективную подвижность магнитных доменов (т.е. изменяет динамическую магнитную восприимчивость материала). Установлена возможность проводить контроль при меньших значениях подмагничивающего поля, а следовательно, снизить массогабаритные размеры магнитной системы.Таким образом, в ходе проведенных исследований установлено наличие и произведена оценка величины эффекта динамического подмагничивания (увеличение амплитуды сигнала принятого ЭМА методом акустического импульса). Использование данного метода позволит повысить качество ЭМА контроля за счет создания более эффективных ЭМА преобразователей. Поскольку величина обнаруженного эффекта существенно зависит от марки стали, можно предположить его возможное применение в методах экспресс-анализа, оценки структурного и напряженного состояний
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЙ КРИВОЙ ТЕПЛОВОЙ ИНЕРЦИИ АВИАЦИОННЫХ ДАТЧИКОВ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗОВ
Get PDFThe effectiveness of correction of the dynamic characteristics of gas temperature sensors in automatic control systems for the operation of aircraft gas turbine engines depends on the accuracy of the time constants of the sensors used from heat exchange conditions. The aim of this work was to develop a new method for determining the characteristic curves of the thermal inertia of gas temperature sensors.The new technique does not require finding the time constants of gas temperature sensors on the experimental transient characteristics. Characteristic curves for each time constant are defined as hyperbolic dependencies on the heat transfer coefficient of the gas temperature sensors sensing element with the gas flow. Parameters of hyperbolic dependencies are proposed to be established using two-dimensional regression analysis. For this purpose, special software has been developed in the Mathcad 14 and Mathcad 15. The software allows inputting the original data from the transient characteristics to the corresponding vectors or from tables in Excel format. It is shown that the transient characteristics in three-dimensional coordinates«time – heat transfer coefficient – the value of the transition characteristic» form a surface whose parameters are parameters of the desired hyperbolic dependencies.For a specific application of the technique, the regression functions for the dynamic characteristics of gas temperature sensors corresponding to the first and second orders are given. Analysis of the characteristic dependencies suggests that the proposed method more accurately establishes the dependence of the dynamic characteristics of aircraft gas temperature sensors on heat exchange conditions.It is shown that the algorithm of two-dimensional regression analysis realizes finding more accurate values of the parameters of the characteristic dependencies. The found parameters of the characteristic dependencies in a best way reach the surface of the chosen regression function at the same time to all the experimental transient characteristics.Эффективность коррекции динамических характеристик авиационных датчиков температуры газов в системах автоматического управления работой газотурбинных двигателей зависит от точности установления функциональной зависимости постоянных времени применяемых датчиков температуры газов от условий теплообмена. Целью настоящей работы являлась разработка методики, позволяющей определять характеристические кривые тепловой инерции датчиков температуры газов без нахождения постоянных времени по экспериментальным переходным характеристикам.Характеристические кривые для каждой постоянной времени определены в виде гиперболических зависимостей от коэффициента теплообмена чувствительного элемента датчиков температуры газов с газовым потоком. Параметры гиперболических зависимостей предложено устанавливать с помощью двумерного регрессионного анализа экспериментальных переходных характеристик, зарегистрированных при не менее чем трех различных коэффициентах теплообмена. Для этого разработаны вычислительные программы в системах Mathcad 14 и Mathcad 15, позволяющие вводить исходные данные из переходных характеристик в соответствующие векторы или из таблиц, представленных в формате Excel. Показано, что переходные характеристики в трехмерных координатах «время – коэффициент теплообмена – значение переходной характеристики» образуют поверхность, параметры которой являются параметрами искомых гиперболических зависимостей.Для конкретного применения методики приведены функции регрессии для динамических характеристик датчиков температуры газов, соответствующих первому и второму порядкам. Анализ характеристических зависимостей, полученных с помощью традиционных методик и по предлагаемому методу на примере одной постоянной времени, позволяет предположить, что предлагаемый метод более точно устанавливает зависимость динамических характеристик авиационных датчиков температуры газов от условий теплообмена. Показано, что алгоритм двумерного регрессионного анализа реализует нахождение значений параметров характеристических зависимостей, которые наилучшим образом приближают поверхность выбранной функции регрессии одновременно ко всем используемым для анализа экспериментальным переходным характеристикам
ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГАЗОВ CO И NO2 МУЛЬТИСЕНСОРНОЙ МИКРОСИСТЕМОЙ В РЕЖИМЕ ИМПУЛЬСНОГО НАГРЕВА
Get PDFThe most promising for mass use in gas analysis equipment are semiconductor gas sensors due to their high reliability, easy operation and relatively low cost. Power consumption in the single-sensor mode, constant heating is from 250 to 600 W average and in pulsed mode heating – ≤ 20 W. The aim of this work was to study the effectiveness of the pulsed heating for multisensor microsystems consisting of two sensors on the substrate of the nanostructured aluminum oxide, compared with the mode of constant heating.For sensitive layers were chosen compositions: SnO2+Pt+Pd at the first sensor of the microsystem and In2O3+Al2O3+Pt on the second. Measuring the sensor response in the pulse heating mode was carried out as follows. Power on each sensor microsystem was installed 1.3 mW. Then the short-term heating (theat.. = 5 s) was performed at the power 61 mW. The detected gases CO and NO2 with the concentration 200 ppm and 4 ppm, correspondingly, were submitted to the microsystem after 15 minutes. The resistance values for each of the sensor were fixed. According to the results determine the sensitivity (sensor response) the maximum value is after 60 s for the sensor with a sensing layer SnO2+Pt+Pd when exposed to CO was 670 %, and for the sensor with In2O3+Al2O3+Pt – 380 %.Advantages of using pulsed heating from the point of view of a power consumption multisensor microsystem mW-range and high performance sensors on substrates of nanostructured alumina were established
ФЕРРОМАГНИТНЫЕ НАНОТРУБКИ В ПОРАХ ТРЕКОВЫХ МЕМБРАН ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ ГИБКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
Get PDFIn the paper the template synthesis of ferromagnetic (Fe, Co, Ni) nanotubes in the pores of track membranes were studied. The aim of this work was determination of nanotubes basic structural and magnetic parameters and demonstration of the possibility of application in the flexible electronics elements.By electrochemical deposition, ferromagnetic nanotubes with a diameter of 110 nm and an aspect ratio of 100 were formed in the pores of polyethylene terephthalate track membranes. The morphology of the obtained nanostructures were studied by scanning electron microscopy, the elemental composition was determined by the energy-dispersion analysis. Using the X-ray structural analysis, the main parameters of the crystal structure were established: lattice type, lattice parameter and average crystallite size. The magnetic properties were studied by the method of vibrational magnetometry.It was shown that in the selected conditions of synthesis without reference to the type of ferromagnetic metals nanotubes had the same dimensions – length, diameter and wall thickness. The produced nanotubes consisted of iron, cobalt and nickel, respectively without oxides impurities. Nanotubes had a polycrystalline structure of walls with a body-centered cubic (iron), face-centered cubic (cobalt and nickel) crystal lattice. According to the main magnetic parameters, nanotubes belonged to a group of soft magnetic materials. Also, the presence of magnetic anisotropy, which is caused by the features of crystalline structure and shape of the nanostructures.Based on the analysis of structural and magnetic characteristics of ferromagnetic nanotubes which were synthesized in the pores of track membranes, were proposed the main principles of their using in the elements’ of flexible electronics constructing (magnetic field direction sensors and magnetic memory elements). В работе рассмотрены особенности шаблонного синтеза нанотрубок из ферромагнитных металлов (Fe, Co, Ni) в порах трековых мембран. Целью работы являлось изучение их основных структурных и магнитных параметров и демонстрация потенциала применения в элементах гибкой электроники.При помощи электрохимического осаждения в порах полиэтилентерефталатовых трековых мембран сформированы ферромагнитные нанотрубки с диаметром 110 нм и аспектным соотношением 100. Методом сканирующей электронной микроскопии изучены морфологические особенности полученных наноструктур, методом энергодисперсионного анализа изучен элементный состав. С использованием рентгеноструктурного анализа установлены основные параметры кристаллической структуры: тип кристаллической решетки, параметр элементарной ячейки и средний размер кристаллитов. Методом вибрационной магнитометрии изучены магнитные свойства.Показано, что вне зависимости от типа ферромагнитного металла при выбранных условиях синтеза нанотрубки имеют одинаковые характеристические размеры – длину, диаметр и толщину стенки. Полученные нанотрубки состоят соответственно из железа, из кобальта и из никеля и не содержат оксидных примесей. Нанотрубки имеют поликристаллическую структуру стенок с объемно-центрированной кубической (железные), гране-центрированной кубической (кобальтовые и никелевые) кристаллической решеткой. По основным магнитным параметрам нанотрубки соответствуют группе магнитомягких материалов. Также установлено наличие магнитной анизотропии, которая обусловлена особенностями кристаллической структуры и формой наноструктур.На основании анализа особенностей структурных и магнитных характеристик ферромагнитных нанотрубок, синтезированных в порах трековых мембран, предложены базовые принципы их использования при конструировании элементов гибкой электроники: наноконденсаторов, датчиков направления магнитного поля и магнитных элементов памяти.
СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ ПОЛЕЗНОЙ НАГРУЗКИ НА ДИНАМИЧЕСКИ НАСТРАИВАЕМОМ ГИРОСКОПЕ
Get PDFIt is now widely distributed systems stabilization based on gyroscopes with three-degree-freedom and based on gyroscopes with ball suspension. The accuracy and resource of operation of such systems requires an increase. The problem of improving the accuracy and increasing the service life of information – measuring systems of stabilization can be solved by using as a sensitive element of a dynamically tuned gyroscope. Today the issue of achieving the potential of the metrological characteristics of information-measuring systems stabilization on dynamically tuned gyroscope is not fully resolved. It requires the development of mathematical models, different from the known, detailed description of the perturbations acting on a device. In addition, it is necessary to develop structures amplifying-transforming paths of the contours stabilization of information-measuring systems of stabilization on dynamically tuned gyroscopes, assuring higher accuracy and noise immunity of the system, what is the purpose of the work. In using the Euler equations obtained a complete mathematical model of functioning system with three motion bases, in detail taking into account the disturbances acting on the device. Considered are the peculiarities of mathematical description of dynamically tuned gyroscope. Dominant frequencies of components noise is identified in the output signal of the gyroscope. The original scheme of the contours stabilization is presented, that help increase the accuracy of stabilization at low frequencies and of providing the absence of systematic drift of the gyrostabilizer from the action of the permanent disturbing moment along the axis of stabilization. The dynamic calculations show the possibility of providing error of stabilization on payload not more than 0,0042 degree.
ИМПЕДАНСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК ДИОКСИДА ОЛОВА
Get PDFThe aim of this work is the analysis of the influence of annealing in an inert atmosphere on the electrical properties and structure of non-stoichiometric tin dioxide films by means of impedance spectroscopy method. Non-stoichiometric tin dioxide films were fabricated by two-step oxidation of metallic tin deposited on the polycrystalline Al2O3 substrates by DC magnetron sputtering. In order to modify the structure and stoichiometric composition, the films were subjected to the high temperature annealing in argon atmosphere in temperature range 300–800 °С. AC-conductivity measurements of the films in the frequency range 20 Hz – 2 MHz were carried out. Variation in the frequency dependencies of the real and imaginary parts of the impedance of tin dioxide films was found to occur as a result of high-temperature annealing. Equivalent circuits for describing the properties of films with various structure and stoichiometric composition were proposed. Possibility of conductivity variation of the polycrystalline tin dioxide films as a result of аnnealing in an inert atmosphere was demonstrated by utilizing impedance spectroscopy. Annealing induces the recrystallization of the films, changing in their stoichiometry as well as increase of the sizes of SnO2 crystallites. Variation of electrical conductivity and structure of tin dioxide films as a result of annealing in inert atmosphere was confirmed by X-ray diffraction analysis. Analysis of the impedance diagrams of tin dioxide films was found to be a powerful tool to study their electrical properties.
ГАЗОВЫЕ ДАТЧИКИ НА ОСНОВЕ КОМПОЗИЦИИ ОКСИДА ВОЛЬФРАМА И МНОГОСТЕННЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК
Get PDFGas-sensitive composition of tungsten oxide, prepared by sol gel method, with multiwall carbon nanotubes was investigated by transmission electron microscopy (TEM), measuring the electrical conductivity and surface area. Micro-power sensors (P ≤ 85 mW), containing WO3 ‑MWCNT as a sensing element were manufactured and tested. The greatest sensitivity to propane (≤ 400 %) was observed at substrate temperature below 200 ºC, while appreciable sensitivity to NO2 (≥ 300 %) was observed at higher temperatures (T ≈ 240 ºC or higher). Adding MWCNTs has no significant effect on sensitivity to hydrogen around the temperature range studied (current heating 21–75 mA). Gas sensor’s sensitivity to NO2 in a certain operating temperature range are more than 1000 %. The investigated gas-sensitive composition of tungsten oxide with MWCNTs is suitable for creating highly sensitive semiconductor sensors for combustible gases and nitrogen dioxide (including equipments for environmental air monitoring). The sensors have a high-speed response and recovery, and low power consumption.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ ND:YAG С ПАССИВНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЙ
Get PDFLaser emitters used in rangefinders without cooling have several limitations: low energy, high beam divergence at the cavity exit that leads to large output telescope design that significantly increases rangefinder’s size, long time beam parameters instability due to laser crystal heating. In the article laser emitter for a transmitting unit of rangefinder based on cylindrical laser medium Nd:YAG with transverse diode pumping abled to solve all the abovementioned promblems is considered. Matrix optics and balance equations were used for system modeling. The emitter is based on plano-concave scheme cavity with internal concave lens aimed for matching the size of TEM00 mode with the size of laser medium and cavity tuning to stability threshold which allows to achieve divergence of the output pulse at diffraction level for 5 mm diameter medium and 300 mm cavity length. Cavity reconfiguration and mode size compliance is conducted by the longitudinal movement of lens relative to the rear mirror. Three-, twoand one-sided pump schemes are compared in terms of rod energy absorption uniformity and their effectiveness. The three-sided pump scheme model with a system of gold coated reflectors was designed that provides 54 % efficiency of pump when the pump energy is distributed uniformly along the cross-section of the laser medium. Based on the modeling in ANSYS the scheme of laser medium thermal control in vacuum conditions was suggested that implies introduction heat-conducting glue between the side edge of a laser medium and quantron body that allows to low the active medium heating in the 8 min cycle by 35 °С. Beam pulse energy under pump of 1.2 Joule equals to about 0.3 Joule with the 4 ns pulse time and 2 Hz in frequency.
СТАТИЧЕСКАЯ И ДИНАМИЧЕСКАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ ГРАВИИНЕРЦИАЛЬНОГО ДАТЧИКА С ЕМКОСТНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ СИСТЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬЮ
No full textThe design of a gravi-inertial sensor with an elastically suspended sensing mass exhibiting a maximum sensitivity and minimum noise level is being studied. It is conceived that such a sensor contains a torsion mass-spring system, a capacitive pick-off circuit to detect motions of the sensing mass, and a capacitive system to reduce torsion stiffness. Both capacitive systems are combined into a single differential capacitance electrostatic system. The torsion stiffness is reduced by applying an electric field. Problems resulting from the electrostatic asymmetry of the differential system are studied analytically and numerically. The quasi-static and dynamic modes of the free movement of the sensing mass, in the absence of energy loss, are considered. The angular intervals of stability of the sensing mass movement in the electrostatic field, depending on the differential system asymmetry parameter and a frequency of free oscillations «proof mass», are calculated.Изучается конструкция гравиинерциального датчика с упруго подвешенной массой, обладающего максимальной чувствительностью и минимальным уровнем шума. Датчик содержит упругий торсион, электростатическую емкостную систему измерения движения подвижной массы и электростатическую емкостную систему уменьшения крутильной жесткости торсиона. Обе емкостные системы объединены в единую дифференциальную емкостную электростатическую систему. Аналитически и численно изучаются проблемы, возникающие в результате асимметрии этой системы. Исследуются квазистатический и динамический режимы свободного движения подвижной массы при отсутствии потерь энергии. Рассчитываются угловые интервалы устойчивости движения подвижной массы в электростатическом поле в зависимости от параметра асимметрии дифференциальной системы и от частоты свободных колебаний.