автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Исследование и разработка индуктивных датчиков перемещения для информационно-измерительных и управляющих систем

На прапах рукописи

Строганов Дмитрий Анатольевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ИНДУКТИВНЫХ ДАТЧИКОВ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ

05.11.16 — «Информационно-измерительные и управляющие системы»

(промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 р [.:.'.!" у?

Москва-2012

005043175

На правах рукописи

Строганов Дмитрий Анатольевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ИНДУКТИВНЫХ ДАТЧИКОВ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ

05.11.16 - «Информационно-измерительные и управляющие системы»

(промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2012

Работа выполнена в Московском государственном университете приборостроения и информатики

Научный руководитель: Щепетов Александр Григорьевич

кандидат технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Назаров Николай Григорьевич

доктор технических наук, профессор МГТУ им. Н.Э. Баумана, профессор кафедры «Метрология и взаимозаменяемость»

Этингоф Михаил Иосифович кандидат технических наук, с.н.с. ОАО «НИИизмерения», заведующий сектором «Приборов активного контроля»

Ведущая организация: ОАО «ЦНИТИ»

Защита состоится «22» мая 2012 года в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.119.01 в Московском государственном университете приборостроения и информатики по адресу: 107996, г. Москва, ул. Стромынка, д. 20, зал заседаний Ученого Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета приборостроения и информатики.

Автореферат разослан « 19 » апреля 2012 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета д.т.н., проф.

Филинов В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Индуктивные датчики перемещения (ИДП) широко применяются при создании различных информационно-измерительных и управляющих систем (ИИУС) и выполняют в них наиболее важные функции. На рис. 1 показана обобщенная схема измерительного прибора.

ИК

Рис. 1. Обобщенная схема измерительного прибора

С помощью предварительного преобразователя ПП измеряемая физическая величина х, характеризующая состояние объекта измерений ОИ, подводится к датчику первичной информации Д, в частности - к индуктивному датчику перемещения. Выходной сигнал датчика подается на устройство первичной обработки сигнала УПОС, в котором осуществляются необходимые преобразования измерительного сигнала: селекция, масштабирование, модуляция, фильтрация, коррекция, нормализация и пр. Выходной сигнал УПОС у поступает на вычислительное устройство ВУ. В нем формируется (вычисляется) оценка измеряемой величины х, которая выводится на отсчетное устройство ОУ и используется потребителем информации ПИ. Совокупность элементов, обеспечивающих получение сигнала у, образует измерительный канал ИК, имеющий нормированные метрологические характеристики. Таких каналов может быть несколько. Обобщенная структурная схема информационно-измерительной системы (ИИС) аналогична схеме рис. 1, однако может содержать множество измерительных каналов.

На рис. 2 показана обобщенная схема замкнутой системы автоматического управления (САУ).

Se и х

^ » УУ ОУ /1

f

1

Рис. 2. Обобщенная схема САУ

Процесс установления желаемого состояния объекта управления ОУ происходит в САУ автоматически за счет создания такого устройства управления УУ и выбора закона управления и, при которых значение ошибки регулирования е стремится к нулю.

Качество работы устройств, показанных на рис. 1,2, во многом зависит от характеристик датчиков Д, с помощью которых получают первичную информацию

о значениях контролируемых параметров. Поэтому ключевой проблемой повышения эффективности и качества всех ИИУС является совершенствование существующих и создание новых датчиков первичной информации.

Опыт эксплуатации ИДП свидетельствует о том, что они надежны, легки в монтаже, не требуют при изготовлении дорогостоящих материалов, имеют простую конструкцию, малые габариты и массу. Благодаря этим достоинствам индуктивные датчики успешно применяются в различных областях техники.

Современные ИДП выпускают ведущие зарубежные фирмы США, Европы и Японии: Tesa (Швейцария), Mahr (Германия), MITUTOYO (Япония), Marposs (Италия) и др. В России ИДП различного назначения разрабатывают и выпускают множество приборостроительных организаций и фирм. Наиболее крупными являются: «НИИизмерения» (г. Москва), «РОБОКОН» (г. Москва), завод «Измерон» (г. Санкт-Петербург) и ООО «Микромех» (г. Санкт-Петербург).

ИДП востребованы при создании различных ИИУС. Однако до сих пор не достигнуты потенциальные возможности ИДП. Причиной этому является отсутствие полноценной теории ИДП, адекватно описывающей свойства и характеристики индуктивных датчиков, а также недостатки проектирования ИДП, связанные с применением традиционных методов их расчета. Для повышения метрологических характеристик и конкурентоспособности ИДП требуется применение современных компьютерных технологий их расчета, моделирования и оптимизации. Исследованиям в этой области уделяется основное внимание.

Известные методики расчета ИДП основаны на эмпирических соотношениях и графических построениях, что сужает область изменения варьируемых параметров, затрудняет автоматизацию расчетов, снижает их эффективность и затягивает сроки проектирования. Поэтому весьма актуальной задачей является разработка универсальных, эффективных и достоверных математических моделей ИДП, пригодных для автоматизированного расчета и проектирования датчиков.

Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является повышение точности и снижение сроков проектирования индуктивных датчиков перемещения для информационно-измерительных и управляющих систем.

Для достижения этой цели определены следующие основные задачи:

- анализ текущего состояния, тенденций развития и технических требований к индуктивным датчикам перемещения для ИИУС;

- разработка структурно-математических моделей индуктивных датчиков перемещения, позволяющих на стадии проектирования определить полный комплекс их метрологических характеристик;

- разработка алгоритмов и программных средств для автоматизированного расчета параметров ИДП для ИИУС;

- разработка методики автоматизированного расчета ИДП с применением программы Mathcad.

Методы исследования. Исследования базируются на использовании теории измерительных устройств, метрологии, структурного, математического и компьютерного моделирования, теории измерений и теории динамической точности.

Научная новизна. Заключается в разработке новых структурно-математических моделей, алгоритмов и методик расчета, позволяющих разрабатывать индуктивные датчики перемещения с желаемыми характеристиками.

К новым научным результатам, полученным лично автором и включенным в диссертацию, относятся:

- классификация индуктивных датчиков перемещения по виду их функции преобразования. Найдены шесть видов функций преобразования ИДП, отличающихся формой статической характеристики, получены формулы для расчета параметров ИДП (размеров магнитопровода, витковых данных катушки, материала сердечника и пр.), обеспечивающих выполнение требований к чувствительности датчика и погрешности от нелинейности его статической характеристики;

- структурно-математические модели ИДП для статического и динамического режимов измерений, позволяющие с заданной по техническому заданию на проектирование точностью определять выходные характеристики (амплитуда выходного сигнала, относительная девиация сопротивления катушки, погрешность от нелинейности статической характеристики) создаваемых датчиков;

- алгоритмы и методики автоматизированного расчета ИДП с использованием системы компьютерной математики Ма^сас), позволяющие создавать динамические интерактивные эскизы магнитнитопровода ИДП.

Практическая значимость результатов диссертации заключается в том, что они являются базой для автоматизированного проектирования и модернизации индуктивных датчиков перемещения для информационно-измерительных и управляющих систем. В диссертации разработаны математические модели и алгоритмы расчета ИДП, сокращающие сроки проектирования датчиков за счет автоматизации проектно-конструкторских работ. Полученные результаты позволили создать современное компьютеризированное приложение к курсу «Основы проектирования приборов и систем» для студентов, обучающихся по направлению подготовки 200100 «Приборостроение», в виде комплекса учебных заданий для курсового и дипломного проектирования.

Реализация н внедрение результатов работы. Результаты исследований используются специалистами ОАО «ЦНИТИ» при разработке новой техники, а также реализованы в учебном процессе на кафедре «Приборы и информационно-измерительные системы» Московского государственного университета

приборостроения и информатики при подготовке инженерных кадров по специальности 200101 «Приборостроение».

Апробация результатов. Полученные результаты используются в учебном процессе по дисциплинам: «Точность измерительных приборов», «Основы проектирования приборов и систем», «Проектирование контрольно-измерительных приборов и систем», «Автоматизация инженерных расчетов». Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на заседаниях научно-методического семинара кафедры «Приборы и информационно-измерительные системы» Московского государственного университета приборостроения и информатики (2008, 2011) и научной конференции «Актуальные проблемы приборостроения, информатики и социально-экономических наук» (2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано семь научных статей, в том числе две в издании, рекомендованном ВАК РФ (индекс в общероссийском каталоге 79727 перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий от 04.2008), а также три учебно-методические работы по дисциплинам «Автоматизация инженерных расчетов» и «Основы проектирования приборов и систем».

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 45 наименований и приложения. Работа содержит 180 страниц машинописного текста, в том числе 72 рисунка, 31 таблицу, три приложения на 25 страницах.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

- структурно-математические модели индуктивных датчиков перемещения, позволяющие для статического и динамического режимов измерений определить выходные характеристики датчиков, в том числе:

■ функции преобразования типовых дифференциальных и полудифференциальных ИДП с переменной величиной воздушного зазора, с переменной площадью воздушного зазора, соленоидных;

■ параметры статической характеристики ИДП, обеспечивающие минимальное значение максимальной приведенной погрешности от нелинейности этой характеристики и заданную чувствительность датчика;

■ коэффициенты передаточной функции, обеспечивающие получение требуемых по техническому заданию на проектирование динамических характеристик индуктивного прибора;

- алгоритмы и методика расчета ИДП, обеспечивающие получение заданных характеристик датчиков, в том числе:

■ расчетные схемы ИДП;

■ физические параметры схемы и конструкции ИДП;

- методика применения программы Mathcad в задачах расчета и проектирования ИДП.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель диссертационной работы и конкретизированы основные задачи исследований.

В первой главе показаны тенденции развития ИИУС с индуктивными датчиками перемещения и проведен анализ требований к таким датчикам. Проанализированы роль и значение ИДП как базовых элементов ИИУС. Показаны недостатки современных ИДП, методов их расчета и проектирования. Обоснована необходимость разработки уточненных структурно-математических моделей индуктивных датчиков, пригодных для их автоматизированного расчета и проектирования. Проанализированы особенности расчета и проектирования ИДП, связанные с их физическим принципом действия. Даны технические характеристики отечественных и зарубежных индуктивных преобразователей и датчиков. Обоснована необходимость использования компьютерных технологий расчета ИДП.

Показано, что основными элементами ИДП являются дифференциальный индуктивный преобразователь (ДИП) и мостовая схема включения (СВ) (рис. 3). С помощью ДИП измеряемое перемещение х преобразуется в изменения электрических сопротивлений катушек преобразователя и гх2. Информативным параметром выходного сигнала схемы включения является амплитуда напряжения Ал в измерительной диагонали моста. Как правило, статические характеристики ДИП и СВ - нелинейные, поэтому общая статическая характеристика датчика Ал = Р(х) в общем случае также нелинейная. Вид этой характеристики зависит от типа используемых ДИП и вида СВ.

X Дип ¿,1 —$ СВ Ад

—=> г... ->

Рис. 3. Функциональная схема индуктивного датчика

В работе рассматриваются шесть основных видов первичных индуктивных преобразователей перемещения. К ним относятся дифференциальные индуктивные преобразователи с переменной величиной воздушного зазора (рис. 4,а), с переменной площадью воздушного зазора (рис. 4,6), преобразователи соленоидного типа (рис. 4,в) и полудифференциальные индуктивные преобразователи (ПДИП): с переменной величиной воздушного зазора (рис. 4,г), с переменной площадью воздушного зазора (рис. 4,д) и соленоидного типа (рис. 4,е). Устройства, показанные на рис. 4,а,б,г,д относятся к преобразователям с замкнутой магнитной цепью. Для них характерно наличие относительно малого воздушного зазора, изменение величины 5, или площади 51 которого, вызванное перемещением якоря, приводит к изменению магнитного сопротивления преобразователя Итх и, как следствие -изменению индуктивности его катушки

где - число витков катушки. Индуктивные преобразователи соленоидного типа также имеют подвижный сердечник, который перемещается вдоль оси катушки (соленоида) (рис. 4,в,е) и для них также справедлива формула (1), но зависимость магнитного сопротивления от перемещения сердечника * в них гораздо более сложная, чем в индуктивных преобразователях с замкнутым магнитопроводом, поэтому соленоидные ИПр при правильном выборе параметров имеют более линейную статическую характеристику и могут использоваться для измерения перемещений в более широком диапазоне.

а)

х

м

5 = уаг

№4

х

Ж

г

ж

б)

1

х=

д)

5 = уаг г

I

-О Ц> 5 = уаг Г

-о

К, Кг

X

В)

к к Т М 1, . 1><1><1

■гЭЕЕВ

е)

Рис. 4. Индуктивные преобразователи перемещения:

а) дифференциальный с переменной величиной воздушного зазора;

б) дифференциальный с переменной площадью воздушного зазора;

в) дифференциальный соленоидного типа; г) полудифференциальный с переменной величиной воздушного зазора; д) полудифференциальный с переменной площадью воздушного зазора; е) полудифференциальный соленоидного типа

Рассматриваемые преобразователи имеют по две идентичные катушки. При перемещении якоря индуктивность одной из них увеличивается, а другой -уменьшается (в полудифференциальных преобразователях не изменяется). Это позволяет снизить влияние нестабильности параметров источника питания и существенно уменьшить погрешность, вызванную изменением температуры окружающей среды. Использование полудифференциальных ИПр упрощает конструкцию датчика, однако они уступают дифференциальным преобразователям по чувствительности и погрешности от нелинейности статической характеристики.

Катушки индуктивных преобразователей включаются в мостовую схему переменного тока (СВ): последовательно-симметричную (ПОСМ) или параллельно-симметричную (ПРСМ). На рис. 5 показаны эти схемы. Здесь используются следующие обозначения: ип— напряжение питания моста; Ч - сопротивления

пассивных плеч моста; - сопротивление нагрузки моста (входное сопротивление усилителя). Пунктиром выделены катушки преобразователя.

Рис. 5. Мостовые схемы включения: а, б - дифференциальных ИПр; в, г - полудифференциальных ИПр

Несмотря на относительно простую конструкцию рассматриваемых преобразователей, происходящие в них процессы требуют для своего описания сложного математического аппарата теории нестационарных электромагнитных полей, а их расчет связан с необходимостью выполнения большого объема вычислений. Это объясняется отсутствием замкнутых аналитических выражений, непосредственно связывающих выходные характеристики ИПр с их физическими параметрами, и определенными традициями, сложившимися в области расчета и проектирования электромагнитных устройств, где часто господствует эмпирический подход. Поэтому применяемые в настоящее время методики расчета ИПр базируются в основном на теории магнитных цепей с малыми немагнитными зазорами и в большинстве случаев сводятся к поверочному расчету преобразователя с известными размерами магнитопровода.

Во второй главе разрабатываются структурно-математические модели ИДП для статического и динамического режимов измерений.

1. Статический режим измерений

В статическом режиме измеряемое перемещение не изменяется во времени. На рис. 4 показана соответствующая структурная схема ИДП.

Получены функции преобразования звеньев рассматриваемых индуктивных преобразователей /,(» и /г(х) (табл. 1). В таблице 1 используются следующие обозначения: х - перемещение якоря; г0 - начальное сопротивление катушек; а,Ь,а,кх - положительные постоянные коэффициенты, зависящие от параметров преобразователей; СХ ИПр - статическая характеристика индуктивного преобразователя.

Предполагается что измеряемое перемещение совпадает с перемещением якоря ДИП х. В противном случае структурная схема ИДП, показанная на рис. 6, дополняется предварительным преобразователем.

(ДИП) (СВ)

Рис. 6. Структурная схема индуктивного датчика перемещений для статического режима измерений

Таблица 1. Статические характеристики индуктивных преобразователей

Расчетная СХ ИПр Форма СХ ИПр

= /,(*) = /2(.Х)

1 дзип " 1-кхХ "2 1 + кхх \

2 ДПИП 1 + к х = 2о-— 1+акхх 1-кхх 1-акхх - 'Ч

3 ДСИП гх2 = 2о(1-ах(1-Ьх!)) I

4 ПДЗИП 2 - " 1-Кх 2,2 = 20 V/ /в

5 пдпип 1 + кгх 1+акхх г,2 = /в

6 пдсип гх, = 20(/+ах(/-6хг)) = 20 1*»

Функция преобразования мостовой схемы включения (СВ) Рсв(гх„2х2) зависит от ее типа: для ПОСМ она имеет вид

А, = ЛиН„-Ьз-, (2)

для ПРСМ -

^ _ ^ л _г2 '__/->\

д п " RN(R + zx,)(R + zx2) + Rzxt(R + zx2)+Rzx2(R + zxí), где Ап - амплитуда напряжения питания моста.

Определены статические характеристики индуктивных датчиков Ад = Дх), связывающие амплитуду Ал напряжения в измерительной диагонали моста с перемещением якоря х. Это послужило основой для классификации ИДП по виду функции преобразования. В зависимости от состава используемых преобразователей и типа схемы включения возможны шесть видов этой функции (табл. 2). В таблице 2 используются следующие обозначения: А, В - постоянные положительные коэффициенты, зависящие от физических параметров ИПр и СВ; а, Ь, а, кх -положительные постоянные коэффициенты, зависящие параметров ИПр; ии -амплитуда напряжения питания моста; <J = RN/z0, k = R/z0 - относительные сопротивления плеч моста.

Таблица 2. Статические характеристики индуктивных датчиков

№ Статическая характеристика Тип ИПр - тип СВ А В

1 Ал = Ах ДЗИП-ПОСМ и ак' п1+к+2а -

2 л Лх ПДЗИП-ПОСМ иисткж 2(1+к + 2а) /. к + 2сг ' 2(1+ к + 2(т)

д 1-Вх ПДЗИП-ПРСМ ипаккх ккх(к + <т(к + 1))

(.к + Щ2к + а(к + Щ (к + 1)[2к + сг(к + У)]

3 1 _ Ах ПДПИП-ПОСМ ипакх(1-а) 2(1 + к + 2ст) ^ 2(1 + <т+с«т) + к(а + 1) 2(1 + к + 2ст)

"д 1 + Вх пдпип- ПРСМ ип<ткхк(1-сс) к а + к(2+<т+а<т) + кг(1+а + ао)

(к + 1)(2к + а(к+1)) (к + 1)(2к + а(к+ /))

4 л Ах д 1-В2^ дзип- ПРСМ 2Циаккх стк2к2х

(к + 1)[2к + а(к + /)] (к + 1)[2к + а(к + 1)]

дпип- ПОСМ ипакх(1-а) ]+к+2а ^ \1 + ка + 2оа "V 1+к + 2<т

ДПИП-ПРСМ 2ииаккх(1-а) ч ег + 2к + ка[2(гт + к) + ака ]

(к + 1)[2к + ст(к + 1)] (к + 1)[2к + а(к + 1)]

5 i _ Ах(1-Ьх2) пдсип-посм ииаа 2(1 + к + 2<т) а(2 + к + 2сг) 2(1 + к + 2а)

'д 1 + Вх(1-Ьх2) пдсип- ПРСМ ипака а(а + к(2+к+(т))

(к + 1)[2к + а(к + 1)\ (,к + 1)[2к + а(к + 1)]

6 Ах(1-Ьх2) ДСИП- посм 11иаа 1+к+2а а -]1 + к + 2сг

'Л 1-В2х2(1-Ьх2)2 дсип- ПРСМ 2ипсгка 1 (<т + 2к)

(к + 1)[2к + а(к + /)] ¡(к + 1)[2к + о(к + /)]

На рис. 7 показаны статические характеристики рассматриваемых ИДП. Пунктиром показаны аппроксимирующие прямые (прямые наименьших модулей). При правильном построении этих прямых максимальные отклонения статической характеристики ИДП Д„Д2,Д3 от аппроксимирующей прямой равны друг другу по величине.

Статические характеристики ИДП (табл. 2) являются типичными для большого числа других датчиков первичной информации: резистивных, емкостных, фотоэлектрических и др. Поэтому приведенные результаты могут иметь более широкое применение.

1 + Вх(1-Ьх

Ах(1-Ьх2) ' 1-В'х2(1-Ъх2)'

Рис. 7. Статические характеристики ИДП

Получены формулы, с помощью которых можно выбрать тип схемы включения и определить ее параметры, обеспечивающие получение желаемой статической характеристики ИДП если известны желаемое значение средней чувствительности датчика К и допустимая погрешность от нелинейности его статической характеристики ул. Соответствующие оптимальные значения коэффициентов А, В функций преобразования ИДП можно вычислить по формулам, приведенным в таблице 3.

Таблица 3. Оптимальные значения параметров статических характеристик ИДП

№

Статическая характеристика

Оптимальные значения коэффициентов

Погрешность от нелинейности

Ал = Ах

А = К

7*=0

Л =

Ах 1-Вх

А„ =

Ах 1 + Вх

Га ="

Л =-

Ах

1 — Вх

А = К

2(1 ~<2!) ; В = Я_

т^ё7

Л='

Ах{1-Ьхг) 1 + Вх(1-Ьхг)

А = К

1-Х

/-2е2+е2(/+А)2

А = Ьх\

в = 0-, где

А = К

1-()212,(1~Хх2)2

л=

Ах(1-Ьх2) 1-В2х2{1-Ъх2)2

У-Аг/

; в=_к1, где

4х

Л = ¿л,2.

Л(У-А)

Статическая характеристика датчика с соленоидным индуктивным преобразователем является наиболее сложной для анализа. При оптимальных значениях параметров А,В,Ъ она имеет шесть точек, в которых погрешность приближения Д(г) = Лд(г)-Кхвг максимальна и пять точек 0, ±г, и +г2, в которых она равна нулю (рис. 8). Координаты и г2 этих точек определяются методом интерполяции. При выполнении условия Я = ¿мг„ <0,2 они практически совпадают с нулями г, =0,5878, г2 =0,9511 полинома Чебышева пятой степени наименее отклоняющегося от нуля.

Д(2)

Рис. 8. Распределение погрешности приближения для соленоидного ИДП

2. Динамический режим измерений

В динамическом режиме измерений передаточная функция измерительного канала ИИУС, содержащего ИДП, аппроксимируется одной из трех передаточных функций:

вд=—(4)

Г.р + Г

>У2(Р)

к

Г33р3 +ахТ2р2 + а2Тър + \

(5)

(6)

где К - коэффициент чувствительности ИДП; ТпТ2,1\ - постоянные времени; £ — относительный коэффициент демпфирования; а,,а2 - параметры Вышнеградского.

Формула (4) применяется в случае, когда инерционность ИДП главным образом определяется инерционностью индуктивного преобразователя. В этом случае постоянная времени 7| вычисляется по формуле Т, =Ь0/Я, где — начальная индуктивность катушки; я - сопротивление пассивного плеча моста (см. рис. 5). Формула (5) применяется для измерительного канала ИИУС с инерционным стрелочным отсчетным устройством. Формула (6) объединяет формулы (4) и (5) и позволяет получить более достоверные оценки показателей динамической точности измерительного канала.

Рассмотрены способы анализа динамических характеристик ИДП и алгоритмы синтеза их параметров по различным критериям динамической точности. При этом учитываются форма и показатели качества переходного процесса, форма амплитудно-частотной характеристики и ширина полосы пропускания частот (ППЧ).

Относительная передаточная функция измерительного канала ИИУС второго порядка (5) содержит два параметра, влияющих на динамические характеристики прибора: собственную частоту а>„=\1Т2 и относительный коэффициент демпфирования £. Разработаны алгоритмы расчета желаемых значений этих параметров. Схема расчета зависит от состава и характера требований, которые предъявляются к динамическим характеристикам измерительного канала. В таблице 4 приведены типовые сочетания таких требований и алгоритмы решения соответствующих задач синтеза. Разработанные алгоритмы позволяют получить желаемые динамические характеристики измерительного канала ИИУС на стадии проектирования.

Таблица 4. Алгоритмы синтеза параметров передаточной функции

№ Показатели динамической точности Алгоритм расчета параметров передаточной функции

'п Лж <т / ®п

1 гшп - - - ®1В д е ^га * * * ~> Уи гп™п <- А 1 I

2 'га - - - тах е Д 'га * * * (Т) Гц ©-> «..шах <- Гпт„ Е

3 'га - - - 0>т А ,Е £ ®ПЗ * ^ Лл

4 'из - - - Д 'пз © = 1п(а3' 1п2) -> г„ ^ @

5 'га - - ПИП - Д 'т + * (£) = 0,5 гп -> @

6 - 1ШП - - - £ > 0,5 ->(В0 = -1 |Л0-А0,|<Д Г 1

В таблице 4 используются следующие обозначения: Д - допустимое значение относительной переходной погрешности; е - допустимое значение относительной частотной погрешности; уи - безразмерная относительна ширина ППЧ; гп -относительная длительность переходного процесса; - относительная переходная функция.

Пункт 1 этой таблицы соответствует случаю, когда требуется минимальная длительность переходного процесса (гп=тт) и заданное значение ширины ППЧ (а>п =«„3). С помощью алгоритма п. 2 можно определить такие значения £ и о>0, при которых измерительный канал имеет максимальную ширину 11114 (еоп=тах) и заданную длительность переходного процесса (/п=/га). Пункт 3 соответствует случаю, когда нужно получить заданные значения /и = /т и а>„ = &>1|:!. В остальных пунктах таблицы 4 рассматривается случаи, когда требования предъявляются только к показателям качества переходного процесса. В п. 4 такими требованиями является получение заданных значений перерегулирования (ст = о-3) и длительности переходного процесса (/,, = /ш). В п. 5 и п. 6 рассматриваются случаи, когда для оценки качества переходного процесса используются интегральные показатели: квадратичная интегральная оценка I и обобщенная интегральная квадратичная оценка /ОБ.

Алгоритмы синтеза параметров передаточной функции измерительного канала ИИУС с передаточной функцией (6) аналогичны показанным в таблице 4.

В третьей главе разрабатываются алгоритмы автоматизированного расчета индуктивных датчиков перемещения.

Разработанные алгоритмы учитывают специфику использования ИДП в составе ИИУС, в том числе конструктивно-габаритные ограничения и условия, выполнение которых обеспечивает достоверность полученных результатов.

Алгоритмы расчета ИДП сводятся к последовательному вычислению необходимых характеристик и проверке выполнения требований ТЗ. Если требования не выполняются, то значения варьируемых параметров ИДП изменяются до тех пор, пока требования ТЗ будут выполняться. При этом выявляется

необходимость использования корректирующих звеньев. Разработанные алгоритмы удобны для реализации с использованием компьютерной математики Ма1Ьсас1.

В настоящее время в большей степени используются ИДП с соленоидными преобразователями. На рис. 9 в качестве примера приведен алгоритм расчета такого ИДП. Алгоритм условно делится на две части: расчет геометрических параметров I и расчет электротехнических параметров И.

I II

Рис. 9. Алгоритм расчета ИДП с СИП

На стадии I, исходя из конструктивно-габаритных требований и ограничений, задаются исходные значения геометрических параметров преобразователя: средний радиус катушки Л, радиус сердечника г, длина катушки длина сердечника 1С, величина воздушного зазора между сердечником и катушкой гв, а также диаметр

провода <1П ([0,01...0,3] мм) и начальное сопротивление катушки г0 ([250...2500] Ом). После вычисления необходимых параметров проверяется выполнение условия XV < х„ (ху - верхний предел диапазона измерения; х„ - координата точки перегиба на статической характеристике преобразователя). Если оно не выполняется, то изменяют геометрические параметры преобразователя. Затем вычисляются параметры статической характеристики преобразователя: коэффициенты а,Ь (см. таблицу 1, п. 3 и 6), погрешность приближения относительная девиация

сопротивления катушки с1г и погрешность от нелинейности статической характеристики преобразователя уст. После этого проверяется выполнение соответствующих требований. В результате определяется такое сочетания параметров СИП, при котором все требования ТЗ к статической характеристике преобразователя выполняются.

На стадии II выполняется расчет электротехнических параметров ИДП, к которым относятся: площадь окна катушки 5ок, удельное число витков катушки ч>0, активное сопротивление катушки Як и доля активного сопротивления г\. Если г]<г]Т, то корректируются исходные данные. По завершении этих расчетов вычисляется необходимое значение частоты напряжения питания /„.

В четвертой главе разрабатывается методика автоматизированного расчета ИДП с использованием программы Майтсас].

С целью совершенствования процесса проектирования разработана подпрограмма, позволяющая строить в МаЛсас! векторное изображение эскиза расчетной схемы ИДП и изменять его в соответствии с данными текущих расчетов. В результате появляется возможность в реальном режиме времени наблюдать связь между параметрами модели объекта проектирования и его характеристиками, а также оперативно изменять исходные данные в нужном направлении.

Разработана методика расчета максимальной приведенной погрешности от нелинейности статической характеристики ИДП. Расчет выполняется на основе поиска минимума функции Махтос1(А,В), аргументами которой являются параметры А,В расчетной статической характеристики ИДП (табл. 2). В результате найден алгоритм, позволяющий определять параметры наилучшей аппроксимирующей прямой (рис. 7) и оценивать максимальную приведенную погрешность от нелинейности статической характеристики ИДП.

Приведены результаты апробации методики расчета ИДП на примере серийного датчика М-022 (Микромех). Результат расчета погрешности практически совпадает с основной погрешностью, указанной в паспорте датчика.

Предложено уменьшение погрешности ИДП М-022 за счет увеличения диаметра датчика. Показано, что при увеличении диаметра ИДП М-022 с 8 мм до 10 мм необходимо увеличить длину катушки на 20%, при этом погрешность от нелинейности статической характеристики датчика уменьшается в 2 раза. В результате повышается механическая прочность датчика, увеличивается срок его службы и снижаются эксплуатационные расходы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В результате проведенных исследований получены следующие основные

результаты:

- определены шесть основных типов конструкции индуктивных датчиков, отличающихся формой статической характеристики, используемых в измерительных каналах ИИУС;

- разработаны структурно-математические модели ИДП для статического режима измерений, позволяющие установить непосредственную связь между выходными статическими характеристиками ИДП и физическими параметрами датчиков;

- получены формулы для расчета параметров статической характеристики ИДП, обеспечивающие минимальное значение максимальной приведенной погрешности от нелинейности этой характеристики и заданную чувствительность датчика;

- разработаны алгоритмы расчета параметров передаточной функции измерительного канала ИИУС с ИДП по критериям минимума длительности переходного процесса, максимума ширины полосы пропускания частот, минимума интегральных оценок переходного процесса и заданных показателей динамической точности;

- разработаны алгоритмы и методика автоматизированного расчета ИДП с использованием системы компьютерной математики Ма^сас), позволяющая более чем в два раза сократить сроки проектирования ИДП для измерительного канала ИИУС;

- доказана возможность уменьшения в два раза погрешности от нелинейности статической характеристики и повышения механической прочности ИДП М-022 за счет увеличения его диаметра до 10 мм и увеличения длины катушки на 20%;

- создано современное компьютеризированное приложение к курсу «Основы проектирования приборов и систем» для студентов, обучающихся по направлению подготовки 200100 «Приборостроение», в виде комплекса учебных заданий для курсового и дипломного проектирования.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Строганов Д.А., Щепетов А.Г. Структура и принцип построения распределенной измерительной системы. Приборостроение. Межвузовский сборник научных трудов. - М.: МГАГТИ, 2004, с. 226-234;

2. Строганов Д.А. Система автоматизированного проектирования индуктивных измерительных приборов. Приборостроение. Межвузовский сборник научных трудов. - М.: МГУПИ, 2007, с. 137-141;

3. Строганов Д.А. Первичные преобразователи индуктивных измерительных приборов. Приборостроение. Межвузовский сборник научных трудов. - М.: МГУПИ, 2007, с. 166-169;

4. Строганов Д.А. Индуктивные измерительные приборы с микропроцессорной обработкой сигнала. Приборостроение. Межвузовский сборник научных трудов. - М.: МГУПИ, 2007, с. 210-213;

5. Строганов Д.А. Использование MATHCAD при проектировании индуктивных преобразователей. Сборник трудов научной конференции «Актуальные проблемы приборостроения, информатики и социально-экономических наук». -М.: МГУПИ, 2008, с. 70-75;

6. Строганов Д.А. Расчет и выбор параметров индуктивного преобразователя с переменной величиной воздушного зазора. Журнал «Приборы». - М.: 11.2008, с. 36-40;

7. Строганов Д.А., Щепетов А.Г. Структурно-математические модели индуктивных измерительных устройств. Журнал «Приборы». — М.: 05.2011, с. 4-10.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Строганов Дмитрий Анатольевич

Исследование и разработка индуктивных датчиков перемещения для информационно-измерительных и управляющих систем

Введение.

Глава 1. Принципы построения и расчета индуктивных измерительных каналов ИИУС.

1.1 Схемы индуктивных измерительных устройств.

1.2 Базовые элементы измерительного канала.

1.2.1 Виды индуктивных измерительных преобразователей.

1.2.2 Схемы включения.

1.3 Особенности расчета ИДП.

1.4 Технические характеристики ИДП.

1.4.1 Характеристики отечественных ИДП.

1.4.2 Характеристики зарубежных ИДП.

1.4.3 Требования к характеристикам ИДП для ИИУС.

1.5 Структуры индуктивных измерительных каналов ИИУС.

1.5.1 Канал прямого преобразования.

1.5.2 Канал компенсационного преобразования.

1.5.3 Канал следящего преобразования.

1.5.4 Канал с микропроцессорной обработкой сигнала.,.

Глава 2. Структурно-математические модели ИНДИУ с датчиками перемещения для использования в ИИУС.

2.1 Структурно-математические модели ИК для статического режима измерений.

2.2 Структурно-математические модели ИК для динамического режима измерений.

2.3 Структурно-математические модели ИК для возмущенного режима измерений.

Глава 3. Разработка алгоритмов автоматизированного определения параметров и выходных характеристик индуктивных датчиков перемещения.

3.1 Расчет первичных индуктивных преобразователей.

3.1.1 Определение параметров и характеристик преобразователя с переменной величиной воздушного зазора.

3.1.2 Определение параметров и характеристик преобразователя с переменной площадью воздушного зазора.

3.1.3 Определение параметров и характеристик индуктивного преобразователя соленоидного типа.

3.2 Определение параметров схемы включения.

3.2.1 Определение параметров последовательно-симметричной мостовой схемы включения.

3.2.2 Определение параметров параллельно-симметричной мостовой схемы включения.

Глава 4. Методика автоматизированного определения параметров индуктивных датчиков перемещения.

4.1 Автоматизированный расчет ИДП.

4.2 Применение программы Mathcad в задачах расчета ИДП.

4.2.1 Векторная графика.

4.2.2 Расчет приведенной погрешности от нелинейности статической характеристики.

4.3 Алгоритмы расчета и выбора параметров ИДП в среде Mathcad.

4.4 Апробация методики расчета и рекомендации по совершенствованию ИДП.

Индуктивные датчики перемещения (ИДП) широко применяются при создании различных информационно-измерительных и управляющих систем (ИИУС) и выполняют в них наиболее важные функции. Главное отличие этих датчиков от других средств линейно-угловых измерений заключается в наличии основного индуктивного измерительного преобразователя (ИПр), с помощью которого измеряемое перемещение преобразуется в изменение полного электрического сопротивления катушки индуктивности.

На рис. 1 показана обобщенная схема измерительного прибора.

ИК

Рис. 1. Обобщенная схема измерительного прибора

С помощью предварительного преобразователя ПП измеряемая физическая величина х, характеризующая состояние объекта измерений ОИ, подводится к датчику первичной информации Д, в частности - к индуктивному датчику перемещения. Выходной сигнал датчика подается на устройство первичной обработки сигнала УПОС, в котором осуществляются необходимые преобразования измерительного сигнала: селекция, масштабирование, модуляция, фильтрация, коррекция, нормализация и пр. Выходной сигнал УПОС у поступает на вычислительное устройство ВУ. В нем формируется (вычисляется) оценка измеряемой величины Зс, которая выводится на отсчетное устройство ОУ и используется потребителем информации ПИ. Совокупность элементов, обеспечивающих получение сигнала у, образует измерительный канал ИК, имеющий нормированные метрологические характеристики. Таких каналов может быть несколько. Обобщенная структурная схема информационно-измерительной системы (ИИС) аналогична схеме рис. 1, однако может содержать множество измерительных каналов.

На рис. 2 показана обобщенная схема замкнутой системы автоматического управления (САУ). е и х

Рис. 2. Обобщенная схема САУ

Процесс установления желаемого состояния объекта управления ОУ происходит в САУ автоматически за счет создания такого устройства управления УУ и выбора закона управления и, при которых значение ошибки регулирования e = g-x стремится к нулю.

Качество работы устройств, показанных на рис. 1,2, практически целиком зависит от характеристик датчиков Д, с помощью которых получают первичную информацию о значениях контролируемых параметров. Поэтому ключевой проблемой повышения эффективности и качества всех информационно-измерительных и управляющих систем (ИИУС) является совершенствование существующих и создание новых датчиков первичной информации.

Широкое применение в измерительной технике получили электронные измерительные устройства с индуктивными измерительными преобразователями. На основе использования таких преобразователей строятся датчики самых различных неэлектрических величин: линейных размеров и их производных (линейных и угловых размеров, уровня жидкости, про дольных деформаций, линейной и угловой скорости, механических колебаний); сил и их производных (силы, крутящие моменты, механическая работа, механическая мощность); масс и производных величин (масса, расход, плотность); гидростатических и гидродинамических вели чин (давление, скорость потоков).

Для измерения перечисленных величин индуктивный измерительный преобразователь снабжается элементом, преобразующим измеряемую величину в перемещение якоря индуктивного преобразователя. Достоинством индуктивных датчиков является простота конструкции, хорошая помехоустойчивость, возможность получения высоких метрологических характеристик и простота построения последующих преобразовательных элементов. Индуктивные измерительные устройства серийно выпускаются инструментальными заводами и фирмами во всех промышленно развитых странах.

Опыт эксплуатации ИДП свидетельствует о том, что они надежны, легки в монтаже, не требуют при изготовлении дорогостоящих материалов, имеют простую конструкцию, малые габариты и массу. Благодаря этим достоинствам индуктивные измерительные устройства успешно применяются в различных областях техники.

Современные ИДП выпускают ведущие зарубежные фирмы США, Европы и Японии: Tesa (Швейцария), Mahr (Германия), MITUTOYO (Япония), Marposs (Италия) и др. В России ИДП различного назначения разрабатывают и выпускают множество приборостроительных организаций и фирм. Наиболее крупными являются: «НИИизмерения» (г. Москва), «РОБОКОН» (г. Москва), завод «Измерон» (г. Санкт-Петербург) и ООО «Микромех» (г. Санкт-Петербург). ИДП востребованы при создании различных ИИУС.

Вместе с тем до сих пор не достигнуты потенциальные возможности ИДП. Причиной этому является отсутствие полноценной теории ИДП, адекватно описывающей свойства и характеристики индуктивных датчиков, а также недостатки проектирования ИДП, связанные с применением традиционных методов их расчета. Для повышения метрологических характеристик и конкурентоспособности ИДП требуется применение современных компьютерных технологий их расчета, моделирования и оптимизации. Исследованиям в этой области уделяется основное внимание.

Известные методики расчета ИДИ основаны на эмпирических соотношениях и графических построениях, что сужает область изменения варьируемых параметров, затрудняет автоматизацию расчетов, снижает их эффективность и затягивает сроки проектирования. Поэтому весьма актуальной задачей является разработка универсальных, эффективных и достоверных математических моделей ИДП, пригодных для автоматизированного расчета и проектирования датчиков.

Индуктивный метод получения и преобразования информации привлекает к себе внимание исследователей и получает все более широкое распространение благодаря своим достоинствам. В области теории и практики индуктивных измерительных преобразователей перемещений известен значительный вклад исследователей В.Н.Милыптейн, Е.И.Дмитриев, Б.С.Сотсков, Л.Ф.Куликовский, Ф.А.Ступель, Б.К.Буль, Л.Я.Цикерман, М.Ф.Зарипов, М.И.Белый, Ю.С.Русин, Н.Е.Конюхов, Л.А.Срибнер, С.А.Розентул, положивших начало разработке индуктивных измерительных средств в нашей стране, создавших научные школы и обеспечивших разработку серийных приборов.

Период становления теории индуктивных измерительных преобразователей приходится на пятидесятые - семидесятые годы. Именно в этот период индуктивные измерительные преобразователи выделены в особую группу электромагнитных устройств специфического метрологического назначения и заложены основы их теории. Новые конструкции преобразователей с улучшенными метрологическими характеристиками непрерывно создавались основными производителями контрольно-измерительных приборов во всех промышленно развитых странах. В нашей стране и в зарубежных странах в этот период было опубликовано большое число научных работ по теории, расчету и проектированию индуктивных измерительных преобразователей [25].

Для дальнейшего повышения метрологических характеристик ИДП и роста их конкурентоспособности требуется повышение точности и стабильности используемых ИПр. Для этого, в свою очередь, требуется совершенствование методов расчета и проектирования ИДП.

Используемые методики расчета ИПр основаны на эмпирических соотношениях и графических построениях, что сужает область изменения варьируемых параметров, затрудняет автоматизацию расчетов, снижает их эффективность и затягивает сроки проектирования. Поэтому весьма актуальной является задача разработки универсальных, эффективных и достоверных математических моделей ИПр, пригодных для автоматизированного проектирования ИДП.

Анализ метрологических характеристик современных индуктивных приборов убедительно показывает, что еще не достигнуты потенциальные возможности ИДП и это, особенно, касается самих первичных индуктивных преобразователей. В частности, расчетный порог чувствительности для индуктивных приборов составляет 0,01-0,001 мкм, а относительная погрешность может быть уменьшена до 10"5. Эти величины не достигнуты в современных приборах и их реализация требует проведения серьезных исследований [25].

Проблему совершенствования первичных индуктивных измерительных преобразователей, исходя из их метрологических и эксплуатационных характеристик, нельзя отнести к числу закрытых проблем и более того, при наблюдающемся расширении использования индуктивных измерительных преобразователей в составе автоматизированных информационно-измерительных систем и автоматизированных систем управления технологическими процессами, эта проблема приобретает все более важное значение. Разработка теории индуктивных измерительных преобразователей, достаточно полно учитывающей их метрологическую сущность, становится еще актуальнее в свете наблюдающегося повсеместного перехода на прогрессивные и более эффективные методы автоматизированного проектирования (САПР). Для индуктивных измерительных преобразователей основой для использования САПР является математическая модель преобразователя, построенная с учетом его основного метрологического назначения. Эффективность этой модели во многом определит и эффективность автоматизированного проектирования преобразователей, и особенно эффективность оптимизации их конструкций. Естественно, что такая модель должна иметь, по возможности, общий характер, единый для разных типов индуктивных измерительных преобразователей. Это существенно с точки зрения упрощения программного обеспечения САПР индуктивных измерительных преобразователей и сокращения объема требуемых программ.

Существующие классификации индуктивных измерительных преобразователей, в первую очередь, ориентированы на особенности конструкции преобразователя, его метрологические и эксплуатационные возможности, на область применения и в слабой мере учитывают особенности математической модели преобразователя или элементы электромагнитной теории, на основе которых могут быть построены такие модели.

Одним из условий качественной подготовки выпускников ВУЗов по направлению 200100 «Приборостроение» является наличии у них прочных навыков использования компьютерных технологий при разработке средств измерений. Актуальность этой задачи связана с выдвижением новых требований к выпускникам ВУЗов и формам их профессиональной деятельности, главными из которых являются требования компетентности и компьютеризации инженерного труда.

Целью диссертационной работы является повышение точности ИИУС и снижение сроков проектирования индуктивных датчиков перемещения, используемых в информационно-измерительных и управляющих системах.

Для достижения этой цели определены следующие основные задачи:

- анализ текущего состояния, тенденций развития и технических требований к индуктивным датчикам перемещения для информационно-измерительных и управляющих систем;

- разработка структурно-математических моделей индуктивных измерительных устройств для ИИУС, позволяющих на стадии проектирования определить полный комплекс их метрологических характеристик;

- разработка алгоритмов для автоматизированного расчета параметров индуктивных датчиков перемещения, используемых в информационно-измерительных и управляющих системах;

- разработка методики расчета индуктивных датчиков для информационно-измерительных и управляющих систем с применением программы МаЛсаё.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате анализа современного состояния в области теории и практики применения индуктивных датчиков перемещения (ИДП) установлено:

1. ИДП широко применяются при создании различных информационно-измерительных и управляющих систем (ИИУС) и выполняют в них наиболее ответственные функции;

2. отсутствует единый подход к описанию, расчету и проектированию ИДП разных типов;

3. известные методы и методики расчета ИДП разработаны применительно к частным случаям конструкции датчиков, основываются на графических построениях и не позволяют определить полный комплекс их метрологических характеристик, а, тем более, синтезировать схему и конструкцию ИДП, имеющего заданные характеристики.

Поэтому актуальной задачей, решенной в результате проведенных исследований, является разработка универсальных, эффективных и достоверных математических моделей ИДП, пригодных для автоматизированного расчета и проектирования индуктивных датчиков, а также связывающих выходные характеристики измерительного канала ИИУС с физическими параметрами ИДП.

Целью диссертационной работы является повышение точности ИИУС и снижение сроков проектирования индуктивных датчиков перемещения, используемых в информационно-измерительных и управляющих системах.

Для достижения этой цели в диссертации решены следующие основные задачи:

- анализ текущего состояния, тенденций развития и технических требований к индуктивным датчикам перемещения для информационно-измерительных и управляющих систем;

- разработка структурно-математических моделей индуктивных измерительных устройств для ИИУС, позволяющих на стадии проектирования определить полный комплекс их метрологических характеристик;

- разработка алгоритмов для автоматизированного расчета параметров индуктивных датчиков перемещения, используемых в информационно-измерительных и управляющих системах;

- разработка методики расчета индуктивных датчиков для информационно-измерительных и управляющих систем с применением программы МаЛсаё.

В результате проведенных исследований получены следующие основные результаты:

- определены шесть основных типов конструкции индуктивных датчиков, отличающихся формой статической характеристики, используемых в измерительных каналах ИИУС;

- разработаны структурно-математические модели индуктивных датчиков перемещения, используемые в информационно-измерительных и управляющих системах, для статического режима измерений, позволяющие установить непосредственную связь между выходными статическими характеристиками измерительного канала ИИУС и физическими параметрами датчиков;

- получены формулы для расчета параметров статической характеристики индуктивных измерительных устройств для ИИУС, обеспечивающие минимальное значение максимальной приведенной погрешности от нелинейности этой характеристики и заданную чувствительность датчика;

- разработаны алгоритмы расчета параметров передаточной функции измерительного канала ИИУС с индуктивным датчиком перемещения по критериям минимума длительности переходного процесса, максимума ширины полосы пропускания частот, минимума интегральных оценок переходного процесса и заданных показателей динамической точности;

- разработаны алгоритмы и методика автоматизированного расчета индуктивных датчиков перемещения с использованием системы компьютерной математики МаШсаё, позволяющая сократить сроки проектирования индуктивных датчиков для измерительного канала ИИУС;

- доказана возможность уменьшения в два раза погрешности от нелинейности статической характеристики индуктивного датчика перемещения М-022 за счет увеличения его внешнего диаметра до 10 мм и увеличения длины и диаметра катушки на 20%;

- создано современное компьютеризированное приложение к курсу «Основы проектирования приборов и систем» для студентов, обучающихся по направлению подготовки 200100 «Приборостроение», в виде комплекса учебных заданий для курсового и дипломного проектирования.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на заседаниях научно-методического семинара кафедры «Приборы и информационно-измерительные системы» Московского государственного университета приборостроения и информатики (2008, 2011) и научной конференции «Актуальные проблемы приборостроения, информатики и социально-экономических наук» (2008).

По теме диссертации опубликовано семь научных статей, в том числе две в издании, рекомендованном ВАК РФ (индекс в общероссийском каталоге 79727 перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий от 04.2008), а также три учебно-методические работы по дисциплинам «Автоматизация инженерных расчетов» и «Основы проектирования приборов и систем».

Результаты исследований используются специалистами используются в ОАО «ЦНИТИ» при разработке ИИУС станков, что позволило повысить точность, разрешающую способность и функциональность ИИУС, а также реализованы в учебном процессе на кафедре «Приборы и информационно-измерительные системы» Московского государственного университета приборостроения и информатики при подготовке инженерных кадров по специальности 200101 «Приборостроение».

1. Щепетов А.Г. Теория, расчет и проектирование измерительных устройств. Часть 1. Теория измерительных устройств. М.: ФГУП «Стандартинформ», 2006 - 326 с.

2. Щепетов А.Г. Теория, расчет и проектирование измерительных устройств. Часть 2. Расчет измерительных устройств. М.: ФГУП «Стандартинформ», 2007 - 344 с.

3. Боднер В.А., Алферов A.B. Измерительные приборы. В 2-х томах. Т.1: Теория измерительных приборов. Измерительные преобразователи М.: Издательство стандартов, 1986 - 392 с.

4. Федотов A.B., Расчет и проектирование индуктивных измерительных устройств. М.: Машиностроение, 1979 - 146 с.

5. Буль Б.К. Основы теории и расчета магнитных цепей. M.-JI.: Энергия, 1964-464 с.

6. Назаров Н.Г. Метрология. Основные понятия и математические модели. Учебное пособие для вузов. М.: Высшая школа, 2002 - 348 с.

7. Боднер В.А. Приборы первичной информации. М.: Машиностроение, 1981 -297 с.

8. Щепетов А.Г. Автоматизация инженерных расчетов в среде Mathcad. Практическое пособие. М.: ФГУП «Стандартинформ», 2006 - 264 с.

9. Васильев С.В., Щепетов А.Г. Исследование методов алгоритмической коррекции статических характеристик измерительных устройств. Приборостроение. Сборник научных трудов. М.: МГУПИ, 2007 - 219 с.

10. Дьяконов В.П. Mathcad 11/12/13 в математике. Справочник. М.: Горячая линия - Телеком, 2007 - 958 с.

11. Гофман В.Э., Хомоненко А.Д. Delphi 6. СПб.: БХВ-Петербург, 2001 -1152 с.12. http://ptc.com/ Mathcad Resource Center: Mathcad Example Files. Сайт производителя, раздел поддержки, страница примеров Mathcad файлов.

12. Коптев Ю.Н. Датчики теплофизических и механических параметров. Том I, книга 1. Справочное издание. М.: МГУЛ, 2000 - 458 с.

13. Коптев Ю.Н. Датчики теплофизических и механических параметров. Том I, книга 2. Справочное издание. М.: МГУЛ, 2001 - 512 с.

14. Дьяконов В. П. Система MathCAD: Справ. М.: Радио и связь, 1993 -127 с.

15. Mathcad 11. User's Guide. Mathsoft Engineering&Education Inc., 2003 228 c.

16. Mathcad 12. User's Guide. Mathsoft Engineering&Education Inc., 2004 184 c.

17. Mathcad 13. User's Guide. Mathsoft Engineering&Education Inc., 2006 168 c.

18. Дьяконов В. П. Mathcad 8/2000: Спец. справ. СПб.: Питер, 2000 - 592 с.

19. Дьяконов В. П. Mathcad 2000: Учеб. курс. СПб.: Питер, 2000 - 592 с.

20. Дьяконов В. П. Maple 9 в математике, физике и образовании. М.: СОЛОН-Пресс, 2004 - 688 с.

21. Дьяконов В.П. Mathematica 4.1/4.2/5.0 в математических и научно-технических расчетах. М.: СОЛОН-Пресс, 2004 - 696 с.

22. Дьяконов В.П. MATLAB 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5. Основы применения. -М.: СОЛОН-Пресс, 2004 768 с.

23. Дьяконов В.П. MATLAB 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5 в математике и моделировании. М.: СОЛОН-Пресс, 2005 - 576 с.

24. Федотов A.B. Основы теории индуктивных измерительных преобразователей. Омск, 1999 - 149 с.

25. Найфэ А.Х. Методы возмущений. М.: Мир, 1976 - 456 с.

26. Лившиц H.A., Пугачев В.Н. Вероятностный анализ систем автоматического управления. T. I: Вероятностные и статистические характеристики воздействий и процессов. Линейные стационарные и нестационарные системы. М.: Советское радио, 1963 - 896 с.

27. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин: (Измерительные преобразователи). Учеб. пособие для вузов. Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1983 - 320 с.

28. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений.- Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1985 248 с.

29. Четверикова В.Н. Организация взаимодействия человека с техническими средствами АСУ, том 7: Системное проектирование взаимодействия человека с техническими средствами. М.: Высшая Школа, 1991 - 142 с.

30. Носач В.В. Решение задач аппроксимации с помощью персональных компьютеров. М.: МИКАП, 1994 - 382 с.

31. Французова Г.А., Востриков A.C. Теория автоматического регулирования.- Новосибирск, 2003 363 с.

32. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. СПб.: Питер, 2003 - 604 с.

33. Харт X. Введение в измерительную технику. Пер. с нем. М.М. Гольмана. -М.: Мир, 1999-391 с.

34. Калантаров П.Л. Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей. Справочная книга. 3-е изд. Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1986 - 488 с.

35. Немцов М.В. Справочник по расчету параметров катушек индуктивности. 2-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1989 - 192 с.

36. Осадчий Е.П. Проектирование датчиков для измерения механических величин. М.: Машиностроение, 1979 - 480 с.

37. Сидоров И.Н., Христинин A.A., Скорняков C.B. Малогабаритные магнитопроводы и сердечники. М.: Радио и связь, 1989 - 384 с.

38. Сольницев Р.И. Автоматизация и проектирование систем автоматического управления. -М.: Высшая школа, 1991 335 с.

39. Виглеб Г. Датчики. Устройство и применение. Пер. с нем. М.А. Хацернова. M.: Мир, 1989 - 196 с.

40. Филлипс Ч., Харбор Р. Системы управления с обратной связью. Пер. с англ. Б.И. Копылова. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001 - 616 с.

41. Кацнельсон О.Г., Эделыптейн A.C. Автоматические измерительные приборы с магнитной подвеской. М.: Энергия, 1970 - 216 с.

42. Срибнер Л. А. Точность индуктивных преобразователей перемещений. -М.: Машиностроение, 1975 105 с.

43. Высоцкий A.B., Карпович И.Б., Соболев М.П., Этингоф М.И. Приборы автоматического управления обработкой на металлорежущих станках. -М.: Машиностроение, 1995 328 с.

44. Соболев М.П., Этингоф М.И. Автоматический размерный контроль на металлорежущих станках. М.: Издательство «Ойкумена», 2005 - 300 с.

45. Агейкин Д.И., Костина E.H., Кузнецова H.H. Датчики контроля и регулирования. М.: Машиностроение, 1965 г. - 815 с.

46. Куликовский Л.Ф. Индуктивные измерители перемещений. М.-Л., Госэнергоиздат, 1961.-280 с.

47. Федотов A.B., Моисеев B.C. Метрологический расчет соленоидного преобразователя перемещений. Измерительная техника, 1976, N12, с. 21-22.

48. Федотов A.B. Оценка температурной погрешности индуктивных измерительных преобразователей. Измерительная техника, 1974, №4, с. 58-60.

49. Федотов A.B. Расчет температурной погрешности индуктивного преобразователя на стадии конструирования. В кн.: Автоматическое производство и контроль в машиностроении / Под ред. A.B. Федотова, Омск, Омский политехнический институт, 1974, с.44-58.

50. Цикерман Л.Я., Котляр Р.Ю. Индуктивные преобразователи для автоматизации контроля перемещений.: М. Машиностроение, 1966. -112 с.

51. Борзов М.И. Индуктивные преобразователи угла в код. М.: Энергия, 1970.

52. Воронцов Л.Н., Корндорф С.Ф. Приборы автоматического контроля размеров в машиностроении: Уч. пособие для вузов по специальности «Приборы точной механики». М.: Машиностроение, 1988.- 280 с.

53. Педь Е.И. и др. Активный контроль в машиностроении: Справочник, 2-ое изд. М.: Машиностроение, 1978. - 352 с.

54. Сорочкин Б.М. Автоматизация измерений и контроля размеров деталей. -Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-е,1990. 365 с.

55. Шульц Е.Ф., Речкалов К.Т., Фрейдлин Ю.П. Индуктивные приборы контроля размеров в машиностроении. М.: Машиностроение, 1974. -144 с.

56. Гольдман B.C., Сахаров Ю.И. Индуктивно-частотные преобразователи неэлектрических величин. М.: Энергия, 1968. 96 с.

57. Калантаров H.JL, Цейтлин Л.Я. Расчет индуктивностей. JL: Энергия, 1970.-416 с.

58. Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы. К.: Вища школа, 1980.-560 с.

59. Сотсков Б.С. Основы расчета и проектирования элементов автоматических и телемеханических устройств. М.: Госэнергоиздат, 1953.

60. Раннев Г.Г., Тарасенко А.П. Методы и средства измерений: учебник для студ. Высш. учеб. заведений. 4-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2008. - 336 с.

61. Цапенко М.П. Измерительные информационные системы: Структуры и алгоритмы, схемотехническое проектирование.: Учеб. пособие для вузов. -М.: Энергоатомиздат, 1985. 439 с.

62. Щепетов А.Г. Об оптимальных формах переходного процесса и амплитудно-частотной характеристики линейной динамической системы. Проблемы управления. №3. М., 2008. С. 30-36.

63. Фрайден Дж. Современные датчики. Справочник. М.: «Техносфера», 2005.

64. Уорден К. Новые интеллектуальные материалы и конструкции. Свойства и применение. М.: «Техносфера», 2006. - 224 с.

65. Джексон Р.Г Новейшие датчики. М.: «Техносфера», 2007. - 384 с.

66. Каплан Б.Ю. Физические основы получения информации. Учебное пособие для студентов. М.: МГУПИ, 2008. - 143 с.

67. Спектор С.А. Электрические измерения физических величин. Методы измерений: Учеб. Пособие для вузов. JL: Энергоатомиздат, Ленингр. Отд-ние, 1987.

68. Ковалевский В.В. Разработка и исследование индуктивных измерительных устройств для дискретных процессов измерения размерных параметров. Автореферат. Омск, Омский политехнический институт, 1974, - 252 с.

69. Кондрашова Л.А. Исследование и расчет малогабаритных индуктивных датчиков перемещений. Автореферат, М., Московский энергетический институт, 1973. - 146 с.

70. Кузьмичев Г.М., Москвичев Е.И., Моргунов Е.А. Линеаризация характеристик измерительных преобразователей. Известия вузов. Приборостроение, 1975, №11, с. 26-31.

71. Курочкин А.П. Состояние и перспективы развития средств измерений линейных и угловых размеров в отрасли. Измерительная техника, 1976, №2, с. 19-21.

72. Рашкович М.П., Рашкович П.М., Шкловский Б.И. Индуктивные преобразователи для автоматизации металлорежущих станков. М., Машиностроение, 1969. - 151 с.

73. Федотов A.B. Сравнительный анализ точности одинарных и дифференциальных индуктивных преобразователей. В кн.: Точность, новые методы и средства измерений в машиностроении. / Под ред. Г.Д.Бурдуна. Вып 12, М., Изд-во стандартов, 1974, с. 62-71.

74. Иоффе А.И. Расчет температурной погрешности дифференциально-трансформаторных преобразователей давления. Измерительная техника. 1971, №3, с. 31-33.

75. Иоффе А.И., Черейский П.М. Повышение линейности трансформаторного преобразователя перемещений. Приборы и системы управления, 1975, № 5, с. 25-26.

76. Столбун М.И., Сизых П.П. Снижение температурных погрешностей магнитоупругих преобразователей трансформаторного типа. Известия высших учебных заведений. Электромеханика, 1974. №2, с. 193-197.

77. Нуберт Т.П. Измерительные преобразователи неэлектрических величин. / Пер. с англ. Л.: Энергия, 1970. 360 с.

78. Тетельбаум И.М., Шнейдер Ю.Р. Практика аналогового моделирования динамических систем: Справочное пособие М.: Энергоатомиздат, 1987. -384 с.

79. Смолов В.Б. Функциональные преобразователи информации. Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1981. -248 с.

80. Азизов А.М., Гордов А.Н. Точность измерительных преобразователей. -Л.Энергия, 1975.-256 с.

81. Грейм И.А. Элементы проектирования и расчет механизмов приборов. Учебное пособие для студентов вузов по специальности «Приборы точной механики». Л.: Машиностроение, 1972. - 216 с.

82. Маслов A.A., Сахаров А.Н. Синтез диодных функциональных преобразователей. -М.: Энергия, 1976. 168 с.

83. Гинзбург С.А. Нелинейные цепи и их функциональные характеристики. -М.: Госэнергоиздат, 1958 г.

84. Евтихеев Н.Н. и др. Измерение электрических и неэлектрических величин: Учебное пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 352 с.

85. Харт X. Введение в измерительную технику: Пер. с нем. М.: Мир, 1999. -391 с.

86. Туричин A.M. и др. Электрические измерения неэлектрических величин. Изд. 5-е, перер. и доп. JL: Энергия, 1975. - 576 с.

87. Селезнев А. В. Задания и методические указания к курсовой работе «Расчет индуктивных преобразователей перемещений», М.: МИП, 1986. -60 с.

88. Соснин Ф.Р., Семин В.А. Современная европейская стандартизация терминов по неразрушающему контролю. Журнал «Контроль. Диагностика» № 11, 2000, с. 44-51.

89. Ураксеев М.А., Чикуров Н.Г., Гайсин Ш.М. Датчик перемещения со встроенным устройством преобразования информации. Журнал «Приборы и системы управления» № 2, 1989, с. 17-18.

90. Сергеев С.А. Индуктивные датчики линейных перемещений. Журнал «Теория и проектирования датчиков, приборов и систем» №11, 2001.

91. Ураксеев М.А., Праздников Н.И., Мингалеев З.Ш. Мостовой индуктивный преобразователь. Журнал «Измерительная техника» № 3, 1977, с. 82-84.

92. Ураксеев М.А., Авзалова Г.В. Анализ магнитной цепи трансформаторных преобразователей с подвижными экранами. Журнал «Известия вузов. Приборостроение» № 4, 1976, с. 48-51.

93. Гринштейн Б.Я. Влияние параметров входной цепи на погрешность электронных измерительных средств с индуктивными преобразователями для линейных измерений. Журнал «Измерительная техника» № 11, 1980.

94. Строганов Д.А., Щепетов А.Г. Структура и принцип построения распределенной измерительной системы. Приборостроение. Межвузовский сборник научных трудов. М.: МГАПИ, 2004, с. 226-234;

95. Строганов Д.А. Система автоматизированного проектирования индуктивных измерительных приборов. Приборостроение. Межвузовский сборник научных трудов. М.: МГУТТИ, 2007, с. 137-141;

96. Строганов Д.А. Первичные преобразователи индуктивных измерительных приборов. Приборостроение. Межвузовский сборник научных трудов. -М.: МГУПИ, 2007, с. 166-169;

97. Строганов Д.А. Индуктивные измерительные приборы с микропроцессорной обработкой сигнала. Приборостроение. Межвузовский сборник научных трудов. М.: МГУПИ, 2007, с. 210-213;

98. Строганов Д.А. Использование MATHCAD при проектировании индуктивных преобразователей. Сборник трудов научной конференции

99. Актуальные проблемы приборостроения, информатики и социально-экономических наук». M.: МГУПИ, 2008, с. 70-75;

100. Строганов Д.А. Расчет и выбор параметров индуктивного преобразователя с переменной величиной воздушного зазора. Журнал «Приборы». М.: 11.2008, с. 36-40;

101. Строганов Д.А., Щепетов А.Г. Структурно-математические модели индуктивных измерительных устройств. Журнал «Приборы». М.: 05.2011, с. 4-10.

102. Строганов Д.А., Щепетов А.Г. Автоматизация инженерных расчетов: Методические указания к лабораторному практикуму и расчетно-графическим работам. М.: МГУПИ, 2011 г, - 30 с;

103. Строганов Д.А., Щепетов А.Г. Основы проектирования приборов и систем: методические указания к курсовому проекту «Индуктивный измерительный прибор» М.: МГУПИ, 2011 г, - 31 с;

104. Строганов Д.А., Щепетов А.Г. Основы проектирования приборов и систем: Методические указания к лабораторному практикуму. М.: МГУПИ, 2011 г,-31 с.

105. Ротерс Г. Электромагнитные механизмы. -М., Госэнергоиздат, 1949.

106. Сорочкин Б.М. Основные направления развития цифровых приборов для измерения линейных и угловых величин / Цифровые приборы для измерения линейных и угловых величин. Л.:ЛДНТП, 1985, с. 5-21.

107. Телешевский В.И. Информационно-измерительные системы и метрологические аспекты в ГАП / Внедрение прогрессивных средств и методов размерного контроля точных измерений длин и углов. JL: НПО ВНИИМ, 1984, с. 138-142.

108. Рубичев H.A. Измерительные информационные системы. Учебное пособие. М.: Дрофа, 2010, - 334 с.

109. Ацюковский В.А. Основы организации системы цифровых связей в сложных информационно измерительных комплексах. - М.: Энергоатомиздат, 2001. - 97 с.

110. Вентцель Е.С., Овчаров JI.A. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. М.: Высшая школа, 2007. - 491 с.

111. Волкова Б.Н., Денисов A.A. Теория систем. М.: Высшая школа, 2006. -511 с.

112. Корнеенко В.П. Методы оптимизации. М.: Высшая школа, 2007. - 664 с.

113. Советов Б.Я., ЦехановсКий В.В. Информационные технологии. М.: Высшая школа, 2008. - 263 с.