Разработка емкостных датчиков линейных и угловых микроперемещений для приборов точной механики
Диссертация
Проведен анализ схемотехнических решений микроемкостных датчиков линейных и угловых перемещений. На основе анализа установлено, что задачи структурной оптимизации емкостных преобразователей перемещений твердотельных поверхностей могут осуществляться, в основном, конструктивными решениями. Предложены фазо-частотные методы обработки первичной информации микроемкостных датчиков, обеспечивающие… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА I. ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ ИНЕРЦИАЛЬНОЙ НАВИГАЦИИ. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ, ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ, АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ
- 1. 1. Основные принципы построения систем инерциальной навигации
- 1. 2. Взаимосвязь погрешностей инерциальных систем с параметрами, определяемыми чувствительными элементами
- 1. 3. Принципы построения стабилизаторов направлений, как основной части ИС, на основе твердотельных гироскопов
- 1. 4. Гироскопы с жидкостным заполнением
- Выводы по разделу
- ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ В СИСТЕМАХ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ И ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
- 2. 1. Постановка задачи
- 2. 2. Источники методических и инструментальных погрешностей гироскопического безопорного датчика угла
- 2. 3. Интегральная коррекция гиродатчика угла
- 2. 4. Погрешности БЦИЛ
- 2. 5. Динамические погрешности прецизионных датчиков угла
- 2. 6. Анализ и оценка инструментальных погрешностей угловых и линейных перемещений ротора криогенного сверхпроводящего гироскопа (КСГ)
- Выводы по разделу
- Глава 3. МНОГОВАРИАНТНЫЙ СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЕМКОСТНЫХ РАДИОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЙ МАЛЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
- 3. 1. Оценка точности преобразований сигналов и выбор критериев оценки по соотношению сигнал/шум
- 3. 2. Включение емкостного датчика в последовательную
- RC -цепь с источником постоянного напряжения
- 3. 3. Включение емкостного датчика в цепь колебательного контура с источником переменного напряжения
- 3. 4. Включение емкостного датчика в колебательный контур с резонансом токов
- 3. 5. Включение емкостного датчика в цепь регенерации электрических колебаний
- 3. 6. Построение емкостных датчиков с переходным электродом
- 3. 7. Сравнительные оценки чувствительностей различных схем включения емкостных датчиков
- 3. 7. 1. Сравнительные оценки амплитудных чувствительностей емкостных преобразователей
- 3. 7. 2. Сравнительные оценки фазовых чувствительностей емкостных преобразователей перемещений
- 3. 8. Виды случайных шумов емкостных преобразователей перемещений
- 3. 8. 1. Тепловой шум емкостного преобразователя с постоянным электрическим смещением
- 3. 8. 2. Шум емкостного преобразователя на основе последовательного резонанса
- 3. 8. 3. Шум емкостного датчика на основе параллельного резонанса
- 3. 9. Сравнительные оценки отношений сигнал/шум для амплитудных уровней
- 3. 10. Амплитудно-фазовые преобразования сигналов емкостных датчиков перемещений
- 3. 11. Тепловые шумы емкостных преобразователей с частотно-фазовым съемом информации
- 3. 12. Общая оценка разрешающей способности емкостных методов измерений смещений, определяемая их тепловым шумом
- 3. 13. Измерительные возможности дифференциальных включений емкостных датчиков
- Выводы по главе 3
- ГЛАВА 4. ФАЗОМЕТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕКТОРА СОСТОЯНИЯ ПОДВИЖНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИНЕРЦИАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ ЕМКОСТНЫХ РАДИОГРАФИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ
- 4. 1. Статистические методы преобразования первичной информации от емкостных датчиков
- 4. 2. Сравнение особенностей преобразования широкополосных и узкополосных сигналов
- 4. 3. Метрологические оценки преобразований узкополосных процессов
- 4. 4. Оптимизация приема информационных сигналов
- 4. 5. Фазовые преобразования угловой направленности колебаний резонатора твердотельного волнового гироскопа
- 4. 5. 1. Квадратурный метод фазовых преобразований
- 4. 5. 2. Следящий фазовый преобразователь волнового твердотельного гироскопа
- 4. 6. Сравнительные особенности квадратурной и следящей схем преобразования фазовой информации в ТВГ
- 4. 7. Сравнительные оценки точностей следящего и разомкнутого фазовых методов преобразования информации в волновом гироскопе
- 4. 7. 1. Влияние синхронной тональной помехи, на точностные возможности фазовых измерителей в Т В Г
- 5. 1. Качественные оценки обоснованности применения радиофизических методов определения вектора состояния роторов гироскопов с безопорным подвесом
- 5. 2. Двухкоординатный фазовый измеритель углов прецессии ротора безопорных гироскопов
- 5. 3. Потенциальная погрешность оценки фазы квазигармонического сигнала в условиях действия аддитивной и мультипликативной помех
- 5. 4. Нелинейность статических характеристик емкостных датчиков
- 5. 5. Экспериментальные исследования
- 5. 5. 1. Имитаторы угловых положений ротора
- 5. 5. 2. Конструкции двухкоординатных емкостных датчиков угловых прецессий роторов с безопорным подвесом
- 5. 5. 3. Принципиальная схема имитатора угловых движений ротора с емкостным преобразованием его движений
- 5. 6. Основные устройства электронных преобразований
- 5. 6. 1. Резонансный усилитель
- 5. 6. 2. Детектор
- 5. 6. 3. Селективный фильтр
- 5. 6. 4. Синхронный детектор
- 5. 7. Результаты экспериментальных измерений
Список литературы
- D.V. Averin. К.К. Likharev. In: Mesoscopic Phenomena in Solids, Ed. by B.L. Altshuler, P.A.Lee. R.A. Webb, North-Holland, Elsevir, Amsterdam. 1991. c. 173−271
- Асташенков А.И., Лысенко В. Г., Букреев B.3., Вересков А. И. Математическая модель измерений параметров ЭЗЗ, характеризующих кинематическую погрешность. Сборник научных трудов «Системный анализ, информатика и оптимизация». 2001 г. Москва
- А.И. Асташенков, B.C. Лукьянов, В. Г. Лысенко. Вероятностные характеристики дискретных трехкоординатных методов измерений параметров микрогеометрии поверхности. Законодательная и прикладная метрология, № 4,1996
- Асташенков А.И., Букреев В. З., Лысенко В.Г, Морозов С. А. Математическая модель процедуры координатных измерения кинематической погрешности контактирования эвольвентных поверхностей Сборник трудов Международной академии информатизации, г. Москва, 1999
- В.А.Боднер, А. В. Алферов. Измерительные приборы. М., изд. Стандартов", 1986 г. 390 с.
- В.А.Боднер, А. В. Алферов. Измерительные приборы. Издательство стандартов. 1986.512 с.
- В.А. Боднер. Приборы первичной информации. М., «Машиностроение». 1981 г. 222с.
- Браславский Д.А., Петров В. В. Точность измерительных устройств. М., «Машиностроение», 1976 г. 311с.
- Л.И.Брозгуль, Е. Л. Смирнов. Вибрационные гироскопы. М.: Машиностроение. 1970.231 с.
- Букреев В.З., Лысенко В. Г., Евдокимов А. С., Перминов В. Г. Алгоритмы координатных измерений профиля поверхностей сложной формы. Сборник научных трудов «Системный анализ, информатика и оптимизация». 2001 г. Москва
- Т. J. Witt, D. Reymann. IEE Proc. Sci. Meas. Technol. 147 2000. c. 177
- Волчков Б.К. Об алгоритме преобразования гиперболических координат для высокоточной ФРНС ближнего действия. Вопросы радиоэлектроники, вып8, 1972.
- И.С. Гоноровский. Радиотехнические цепи и сигналы. Учебник для высших уч. заведений. М&bdquo-" Радио и связь", 1986 г. 512 с.
- В.П.Данилин и др. «Зависимость времени выбега электростатического гироскопа от дисбаланса ротора». Ж-л «Механика твердого тела». № 2. 1970.
- Ефимов П.В. Оптимизация конструкции тонкостенного ротора КГС и вопросы его балансировки. / Автоматизация сборочных работ в приборостроении. / Тезисы докладов Всесоюзной НТК. Выпуск II. М.: МВТУ.1975. С.65−66.
- Ефимов П.В. Деформация тонкостенной сферической оболочки и ее компенсация на этапе изготовления. Межвузовский сборник научных трудов ВЗМИ. 1980. С.65−77.
- Ефимов П.В., Иноземцев А. Г. Структурная оптимизация емкостных преобразовании. Тезисы докладов на Всесоюзной НТК. М.: МИЛ. 1990. С.15−18.
- Ефимов П.В., Иноземцев А. Г. Анализ метрологических характеристик конструкторских решений. Тезисы докладов Всесоюзной конференции ВИНИТИ АН СССР. М.1990. С.110−111.
- Ефимов П.В., Фирстов В. Г., Иноземцев А. Г. Оценка при проектировании приборных ошибок, определяемых физическими шумами и длиннопериодическими помехами, в типовых устройствах фазочувствительных преобразователей. М.: МГАПИ. 2002.40 с.
- Ефимов П.В., Фирстов В. Г., Иноземцев А. Г. «Оценка потенциальных точностных возможностей проектируемых приборов по параметрам их чувствительности, разрешающей способности и соотношений сигнал / шум». М.: МГАПИ. 2002. 30 с.
- Ефимов П.В. «Двухкоординатный фазовый измеритель углов прецессии роторов безопорных гироскопов». Международной научно-практической конференции. М.: МИП. г. Сочи, 2006.
- Ефимов П.В., Касымов Ш. И. «Технико-экономический анализ эффективности проектирования и разработки больших информационных радиотехнических систем и комплексов». Ж-л «Приборы и системы». 2006, № 12.
- Ефимов П.В. «Емкостные радиофизические методы измерений малых перемещений твердотельных поверхностей». Ж-л «Приборы». 2006, № 12.
- Ефимов П.В. Многопараметрический анализ емкостных датчиков малый угловых и линейных перемещений твердотельных поверхностей. Ж-л «Научный вестник МГТУ ГА» № 107, серия Радиофизика и радиотехника. М. 2006.
- Ефимов П.В. Исследование инструментальных погрешностей гироскопов со сферическими роторами. Тезисы докладов М.: МИИТ. 1974.
- Ефимов П.В., Сыроватченко П. В., Черничкин А. С. «Разработка балансировочной аппаратуры». Отчет по НИР П-887. МВТУ им. Н. Э. Баумана. 1973.
- Ефимов П.В., Гурчин В. Ю. и др. Устройство центрирования роторов. А.С. № 949 365 М.: ВЗМИ. 1982.
- Ефимов П.В., Боднер В. А. и др. Создание прецизионных средств измерений параметров безопорных гироскопов. Отчет НИР ПС-464. М.: ВЗМИ. 1980.
- Ефимов П.В., Литовкин А. В. Об эффективности контроля методом сигнатурного анализа. Межвузовский сборник научных трудов ВЗМИ. М. 1987.
- Измерения в промышленности. Справочник, в трех книгах, подред, проф., док. П.Профоса. Теоретические основы. М. «Металлургия», 1990.
- А.Г.Иноземцев, С. А. Иноземцев, О. М. Петров. Инженерная метрология и информационные технологии точных и узкополосных измерений. Спутник. М. 2006. 410 с.
- M.W. Keller, J.M. Martinis, N.M. Zimmerman, A.H. Steinbach. Appl. Phys. Lett. 69. 1996.
- К.Б.Клаасен. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. Постмаркет. М. 2000.352 с.
- В.В.Клюев. Измерения, контроль, испытания и диагностика. Том III-7. М.: Машиностроение. 2001.464 с.
- В.В.Клюев. Неразрушающий контроль и диагностика. М.: Машиностроение. 1995.487 с.
- Ю.В.Кожевников. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Машиностроение. 2002. 414 с.
- Langford R. Датчики на новых принципах. Ж-л «Вопросы ракетной техники». № 9.1966.
- Б.Р.Левин. Теоретические основы статистической радиотехники. Советское радио. М.1969. 750 с.
- Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. «Сов. радио», Т1, 1974.
- Липин А.В. Оценка точности далъномерного канала системы РСБН. Изд. Вузов, раздел «Геодезия и аэрофотосъемка», 6,1976.
- К.К. Likharev. А.В. Zorin. J. Low Temp. Phys. 59 1985. c.347
- S.V. Lotkhov, H. Zangerle, A.B. Zorin, J. Niemeyer. Appl. Phys. Lett. 75. 1999. c. 2665.
- V.G. Lyssenko, V.S. Loukjanov Measurement of the Rough Surface Topographic parameters. Proceeding of the 4— Intern Conference on Production Eng. Tokyo 1980
- V.G. Lyssenko, V.S. Loukjanov The measurement of surface tophography parameters described by the composition of the random and deterministic components «Wear» № 83 (1982)
- В.Г. Лысенко, Лукьянов B.C. Точность определения микротопографических параметров поверхности дискретными и аналоговыми методами. «Измерит, техника» 1981 № 9
- В.Г. Лысенко, Лукьянов B.C. Выделение неровностей топографии поверхности при помощи оператора текущего усреднения. «Измерит, техника» 1981 № 12
- В.Г. Лысенко, Лукьянов B.C. Исследование влияния аппроксимации на погрешность измерения параметров шероховатости дискретным методом. Измерит, техника" 1982 № 2
- В.Г. Лысенко, Лукьянов B.C. Анализ точности метода обработки интерферограмм при контроле поверхностей. Измерит, техника" 1981 № 4
- В.Г. Лысенко, Пуряев Д. Т. Исследование качества рабочей поверхности астрономического зеркала. Оптико-механическая промышленность" 1982 № 8
- В.Г. Лысенко, Горшков В. А Исследование сферических волновых фронтов на интерферометре бокового сдвига «Оптико-механическая промышленность» 1980 № 12
- В.Г. Лысенко, Горшков В. А Программное обеспечение фотоэлектрического интерферометра радиального сдвига «Оптико-механическая промышленность» 1987 № 6
- F. Mueller, R. Poepel, J. Kohlmann, J. Niemeyer, W. Meier, T. Weimann, L. Grimm, F.-W. Duenschede, P. Gutmann. IEEE T. Instrum. Meas. 46 (2) 1997. c. 229−232
- НИР ТТУ-516−82 н/з 3868 «Разработка, изготовление и внедрение опытного образца фотоэлектрического интерферометра для автоматизации интерференционных средств контроля высокоточной крупногабаритной оптики». НИТИОП 1985 г. отв. исполнитель Лысенко В.Г.
- НИР «Разработка методов и средств испытания и поверки высокоточной координатно-измерительной машины КИМ ТИП-5−644″. рук. ВНИИМС 1992 г.
- НИР НСУ-471−81 н/з „Разработка и внедрение автоматизированной системы управления технологическим процессом изготовления оптических деталей на предприятиях“ НИТИОП 1984 г. отв. исполнитель Лысенко В.Г.
- НИР ТТУ 519−81 н/з „Разработка технологии получения спецзеркал“, (раздел „Разработка методов топографического исследования поверхности спецзеркал“). НИТИОП 1985 г. отв. исполнитель Лысенко В.Г.
- НИР регистрационный номер 1 980 008 001, шифр 15.02.98.11, „Исследование и разработка системы обеспечения единства измерений параметров формы и расположения поверхностей на координатно-измерительных машинах (КИМ)“, рук. НИР Лысенко В. Г. ВНИИМС 1998 г.
- НИР регистрационный номер 01.98.8 233, шифр 15.02.99.01, „Разработка и исследование системы метрологического обеспеченияпараметров эвольвентов зубчатых зацеплений (ЭЗЗ)“, рук. НИР Лысенко В. Г. ВНИИМС 1999 г.
- НИР регистрационный номер 01.200 012 257, шифр 15.02.00.08, „Исследование и разработка методов и средств метрологического обслуживания КИМ портального, мостового, стоечного и триангуляционного типа“, рук. НИР Лысенко В. Г. ВНИИМС 2000 г.
- НИР 15.02.95.07 „Разработка и совершенствование исходных методов и средств в области измерений геометрических параметров ЭЗЗ“, рук. НИР Лысенко В. Г. ВНИИМС 1995 г.
- НИР 15.02.95.10 „Разработка методов калибовки КИМ при измерении параметров ЭЗЗ“, рук. НИР Лысенко В. Г. ВНИИМС 1996 г.
- НИР 15.02.92.09 „Разработка исходных методов и средств в области измерений геометрических параметров эвольвентных зубчатых зацеплений и определение необходимых условий их практического использования“, рук. НИР Лысенко В. Г. ВНИИМС 1999 г.
- Новицкий П.В. Основы информационной теории измерительных устройств . Л., 1' Энергия». 3966 г. 368с.
- И.В.Обухов. Математическое моделирование и экспериментальное оценивание случайных погрешностей средств измерений. Радио и связь. 2004.183 с.
- Патент США кл.74−5 № 3.262.327 фирма «Haneywell Inc». «Курсовой прибор».
- Д.С.Пельпор. Гироскопические системы. Изд. «Высшая школа». М. 1971.3 т.
- Полевой В.А. Вычисление геодезических и сферических координат по измеренным разностям расстояний." Геодезия и картография", 3,1970.
- R. Popel, J. Niemeyer, R. Fromknecht, L, Meier, L. Grimm, FW. Dunschede, IEEE T. Instrum. Meas. 40 (2) 1991 c. 298−300
- Примиский В.Ф. Структурные схемы и методы обработки информации в газоаналитических системах. Ж-л «Измерения, контроль, автоматизация» № 4, с.12−18. 1985
- В.М. Пудалов, С. Г. Семенчинский. Нелинейные явления в квантовом эффекте Холла. ЖЭТФ 86 1984. с. 1431−1445
- Пудалов В.М., Семенчинский С. Г., Ж-л «Поверхность» № 5. 1984. с. 5−28
- B.C. Пугачев. Теория случайных функций. Физматгиз, 1962.
- D. Reymann, T.J. Witt, G. Eklund, H. Pajander, H. Nilsson. IEEE T. Instrum. Meas: 46 (2) 1997. c. 220−223
- Сажин С.Г., Луконин В. П. Перспективные датчики контроля утечек водорода. Ж-л «Дефектоскопия» № 4, с. 15−19. 1996.
- Н.П. Сергеев, Н. П. Вашкевич. Основы вычислительной техники.М.5″ Высшая школа", 1988 г. 148с.
- С.Г. Семенчинский, B.C. Эдельман. Полевой транзистор и постоянная тонкой структуры. Ж-л «Природа» № 9.1982. с.38−41
- Справочник по математике для научных работников и инженеров. Изд."Наука", М&bdquo- 1978 г. 832с.
- Справочник. Полупроводниковые приборы. Зарубежные интегральные схемы (под ред. Ю.Ф. Широкова), М., 1996 г. 288с.
- Справочник. Полупроводниковые приборы. Зарубежные интегральные схемы (под ред. Ю.Ф. Широкова), М., 1996 г. 288с.
- Б.Тейлор, В. Паркер, Д. Лангенберг. Фундаментальные константы и квантовая электродинамика. М.: Атомиздат. 1972. 327 с
- Темников Ф.Е. и др. Теоретические основы информационной техники. М." Энергия", 1971 г., 424с.
- Урман Ю.М. «Уводящие моменты, вызываемые несферичностью ротора». Ж-л «Механика твердого тела». № 1. 1973.
- Хардинг, Лоусон. Сверхпроводящий гироскоп. Ж-л «Ракетная техника и космонавтика». № 2.1968.
- Челпанов И.Б. Оптимальная обработка сигналов в навигационных системах. Л.," Судостроение", 1976 г. 279с.
- Цапенко М.П. Измерительные информационные системы. М., «Энергия», 1974 г. 416с.
- Цыганков М.П., Фадеев И. В. Метод пассивного дианостирования измерительных каналов систем контроля статических объектов. Ж-л «Приборы и системы управления» № 6.1997.
- Б.И. Шахтарин. Статистическая динамика систем синхронизации, «Радио и связь», М., 1998 г., 488с.
- Фирстов В.Г., Лысенко В. Г., Чертопруд Д. В., Перминов В.Г, Актуальные проблемы метрологического обеспечения сертификации внутритрубных инспекционных снарядов. 3-rd International Conference «Pipeline Insoection». May 21−26,2001. Moscow
- УТВЕРЖДАЮ Проректор МГУПИ по HP, проф., д.т.н.1. КЩкКомпас"у т ----гл---т —1. XiV V 20 061Щ2§^.Д.Сафин1. В .Д.Ивченко" 20 061. ТЕХНИЧЕСКИЙ АКТ
- Определение метрологических характеристик двухкоординатного радиочастотного преобразователя углов безопорного гироскопа
- Результаты экспериментальных исследований представлены на рисунках 1,2, 3,4.подвеса: А/ = ~ = 2 Гц.- Г <0,5 [с]. • чувствительность S углового преобразователя «1-^угл.св/вых.= 0,6Х" — 0,008Хмкгл• p: i с. 4d угл. глга^
- На рис. 1 приведены статические характеристики реального измерительного комплекса с учетом имитатора.
- На рис. 2 показана запись шума электронного канала при отключенном имитаторе.
- На рис. 3 приведена запись уровня шума, определяемого в основном помехами механической части имитатора.
- На рис. 4 показаны результаты аппроксимации статической характеристики измерительного комплекса при исключенной помехе имитатора.