автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.05, диссертация на тему:Сенсорные устройства очувствления экстремальных роботов на основе механолюминесцентных датчиков давления

На правах рукописи

Макарова Наталья Юрьевна

УДК 651.58*3.5

СЕНСОРНЫЕ УСТРОЙСТВА ОЧУВСТВЛЕНИЯ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ РОБОТОВ НА ОСНОВЕ МЕХАНОЛТОМИНЕСЦЕНТНЫХ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ

Специальность 05.02.05 -роботы, меха'сроиика и робототехнпческие системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации иа соискание ученой степени кандидата технических наук

Владимир 2006

Работа выполнена на кафедре «Приборостроение и информационно-измерительные технологии» Владимирского государственного университета.

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент К.В. Татмышевсгсий

Официальные оппоненты - Заслуженный деятель науки РФ,

доктор физико-математических наук, профессор Е.1-1. Куркутова; - кандидат технических наук, доцент В.Л. Ш ахни II

Ведущее предприятие - ОАО «Завод «Автоприбор»,

г'. Владимир

Защита диссертации состоится « 27 » декабря 2006 г. в 14,00 на заседании диссертационного совета Д 212.025.05 во Владимирском государственном университете по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, д. 87, ауд, 211-1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Ваши отзывы на автореферат диссертации (2 экз., заверенные печатью учреждения) просим отправлять но адресу: 600000, г, Владимир, ул. Горького, д. 87, ученому секретарю диссертациоиного совета Д 212.025.05; тел. (4922) 279-928; факс (4922) 233-342; е-таП: зип^уl@imi.ru. Адрес, университет в интернете: wwvi.vpli.vlacliiw.ni.

Автореферат разослан «_» ноября 2006 I'.

Ученый секретарь

диссертационного совета //

доктор технических наук, профессор-а-Малафеев СИ.

(ГГ?*

I

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Мехатронные и робототехннческие системы предназначены для работы в экстремальных условиях, характеризующихся высоким уровнем электромагнитных помех, сильной радиации, взрывоопасностью, загазованностью, высокими температурами и давлениями. Расширение областей применения роботов, появление новых задан, ставящихся перед ними, с ужесточение условий их эксплуатации, возрастающая интеллектуализация стимулирует оснащение роботов сенсорными системами. Контактные сенсорные системы применяются для очувствления рабочих органов манипуляторов и корпуса, бампера роботов. Они позволяют фиксировать контакт с объектами внешней среды,

1 измерять усилия, возникающие в месте взаимодействия, определять про-

скальзывание объектов при их удержании захватным устройством. Тактильные сенсоры помимо получения информации о контакте применяются и для определения размеров объектов, например, путем нх ощупывания. Важным требованием, предъявляемым к этим устройствам, является высокая чувствительность, пространственное разрешение, малые габариты, высокая механическая прочность и надежность. В экстремальных условиях особенные требования предъявляются как к робототехническоЙ системе в целом, так и к датчикам сенсорных систем (особенно, к контактным).

В настоящее время для работы в экстремальных условиях (особенно при воздействии мощных электромагнитных излучений) хорошо зареко-

* мендовали себя волоконно-оптические информационно-измерительные системы. Но для их применения в системах очувствления требуется разработка датчиков, вырабатывающих сигнал той же физической природы.

* Механолюминесцентные датчики (МЛД) работают по принципу прямого преобразования механической энергии в энергию оптического излучения. Им присущи высокая помехоустойчивость к электромагнитным воздействиям, высокое быстродействие, сопряжение с волоконно-оптическими линиями связи, твердотельность, пибростойкость, возможность встраивания в конструкцию и возможность миниатюризации. Ме-ханолюминесцентиые датчики с распределенным чувствительным элементом отличаются высоким пространственным разрешением и могут использоваться для визуализации полей давления и тактильного очувствления. Таким образом, отмечаются перспективы повышения эффективности функционирования экстремальных роботов, связанные с применением механолюминесцентных датчиков давления и волоконно-оптических линий связи.

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С.-Петербург

ОЭ авйачт^

Большой вклад в исследование явления механолтоминесценцни (деформационной люминесценции) внесли отечественные и зарубежные ученые: Осипьян Ю.А., Шмурак С.З., Бредихин С.И., Татмышевский К.В., Meyer Ii., Chandra В.Р., Zink J.I., Sodomka L., Sage I, и др. Анализ публикаций показал, что они, в основном, посвящены теоретическим основам механолюминесценции и экспериментальиому исследованию явления. Для разработки механолюмииесцеигаых датчиков давления для очувствления экстремальных роботов необходимо разработать математическую модель преобразования и алгоритм обработки выходного оптического сигнала датчика.

Принципиально новым компонентом в структуре системы очувствления является механолюмипесцентный датчик, а передача и вторичное преобразование информационного сигнала датчика реализуется с применением существующих технических средств. Для использования механо-люминесцентного датчика давления для очувствления робототехинче-ских систем необходимо теоретическое и экспериментальное исследование датчика.

Делыо работы является разработка и исследование механолюми-несцентных датчиков давления на основе рекомбинационных люминофоров для систем тактильного очувствления экстремальной робототехники.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

1. Анализ применяемых датчиков давления в системах очувствления. Обоснование возможности создания системы контактного очувствления на основе механолюминесцентиого датчика давления. Анализ научных работ, посвященных теоретическим основам механолюмииесценции, экспериментальному исследованию явления.

2. Разработка и исследование математической модели механолюминесцентиого датчика давления на основе люминофора с рекомбинацион-ньш типом свечения.

3. Определение зависимостей параметров оптического сигнала датчика от параметров различных входных механических воздействий. Анализ влияния параметров механического воздействия па интенсивность свечения датчика на основе механолюмииофора с рекомбинационным типом свечения.

4. Исследование зависимости КПД механолюминесцентиого преобразования от параметров дислокационной структуры люминофора и оценка возможности повышения КПД датчика.

5. Разработка алгоритма и программы восстановления параметров механического воздействия по выходному оптическому сигналу МЛД. Проверка адекватности предложенного алгоритма. Разработка структурных схем систем очувствления с применением механолюминесцентиого дат-

чика давления с сосредоточенным чувствительным элементом для определения параметров удара и с распределенным чувствительным элементом для визуализации полей механических напряжений (реализация тактильного очувствления).

б. Экспериментальное исследование макета механолюминесцентного датчика давления, проверка адекватности разработанной математической модели преобразования датчика и проверка алгоритма обработки выходного сигнала датчика.

Используемые в работе методы исследования основаны на приме' нении теории люминесценции, физической химии кристаллофосфоров, микродинамической теории пластичности, динамике контактного взаи-) модействия, математического моделирования, а также статистических I методов обработки экспериментальных данных.

Научна« новизна исследования заключается в следующем:

1. Разработана математическая модель механооптического преобразования для датчика давления на основс люминофора с рекомбинациониым типом свечения, позволяющая определять выходной оптический сигнал датчика в зависимости от различных входных воздействий,

2. Определены зависимости параметров выходного оптического сигнала от амплитудно-временных параметров входного механического воздействия для механолюминесцентных датчиков с чувствительными элементами из кристаллофосфоров с рек ом бинаци оин ым и внутрицентро-вым типом свечения.

3. Определен КПД механолюминесцентного преобразования. Теоре-> тически исследована возможность повышения энергетического выхода

датчика, основанная на использовании механолгоминофоров с низкой начальной плотностью дислокаций.

4. Разработан адаптивный алгоритм обработки выходного сигнала * датчика, позволяющий восстанавливать параметры входного механического воздействия. Алгоритм предназначен для программирования микропроцессорного блока обработки сигнала механолюминесцентного датчика давления для систем очувствления экстремальных роботов,

Практическая ценность работы определяется внедрением и использованием основных положений и рекомендаций, полученных при исследовании, и заключается в следующем:

]. Разработан комплекс программных средств, позволяющих проводить расчет выходного оптического сигнала механолюминесцентного датчика на основс люминофоров с рекомбинационным и внутрицентро-вым типом свечения для систем очувствления экстремальной робототехники.

2. Предложены практические рекомендации к точности определения параметров кинетики дислокационного состояния рекомбинациониого люминофора, входящих в математическую модель и оказывающих влияние на интенсивность излучения и энергетический выход датчика,

3. Разработана специализированная программа, реализующая предложенный алгоритм обработки выходного сигнала датчика, которая позволяет в соответствие с потребностями пользователя оптимизировать режим восстановления параметров входного механического воздействия.

4. Разработан я изготовлен механолюминесцентный датчик давления с чувствительным элементом сосредоточенного типа для очувствления экстремальных роботов.

Достоверность и обоснованность научных положений и результатов работы обеспечивается теоретическими доказательствами выдвинутых утверждений, адекватностью реальным процессам используемых моделей, программной реализацией разработанных моделей и алгоритмов и их апробацией, сравнительным анализом результатов экспериментального исследования и теоретических расчетов.

Реализация результатов. Материалы диссертационной работы использовались в госбюджетных НИР «Мехаиолюминесцецтные (светоге-иерационцые) сенсорные элементы для современных информационно-измерительных технологий» (код проекта 06.01.079) научно-технической программы «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» и «Мехшолюминесцентные сенсорные элементы для визуализации полей давления» (код проекта А04-3.20-567) по гранту конкурса 2004 года для поддержки научно-исследовательской работы аспирантов государственных образовательных учреждений высшего профессионального образования, находящихся в ведении Федерального агентства по образованию.

Разработанные методики расчета и проектирования, результаты теоретического и экспериментального исследования сенсорных устройств на основе механолюминесцентных датчиков давления внедрены в Институте точной механики и вычислительной техники РАН (г, Москва), в науч-но-нроизводствеппой фирме «Сигма ~ Интегрированные Системы» (г. Москва), а также в учебный процесс на кафедре приборостроения и информационно-измерительных технологий ВлГУ.

Апробации работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на: IV между нар. научн.-техн. конф. «Электроника и информатика», г. Москва, МИЭТ, 2002 г.; IX, X междунар, научн.-техн. конф. «Радиоэлектроника, электротехника я энергетика», г, Москва, МЭИ, 2003, 2004 гт.; XVI междунар, иаучн. конф. «Математические методы в технике и технологиях», г. Ростов-на-Дону, РГАСХМ ГОУ, 2003

г.; Ш междунар. научн.-техн. конф. «Математическое моделирование в образовании, науке и производстве», г. Тирасполь, 2003 г.; Общерос. на-учн.-техн. конф. «Первые Рдултовские чтения», г. Санкт-Петербург, БГТУ «Военмех», 2003 г.; IX всерос. научн. конф. студентов-физиков и молодых учёных, г. Красноярск, КГУ, 2003 г.; V всерос. молодежной конф. по физике полупроводников и полупроводниковой огпго- и напо-электронике, г. Санкт-Петербург, СПбГПУ, 2003 г.; всерос. научн.-практ. конф. "Актуальные проблемы авиации и космонавтики", г. Красноярск, КГУ, 2005 г; VII междунар. научн. конф. «Опто-, наиоэлектроника, нано-технологии и микросистемы», г, Владимир, ВлГУ, 2005 г.; 2nd International Conference "Physics of electronic materials", Kaluga, Russia, 2005; Первой всерос. научн. конф. студентов и аспирантов с междунар. участием "Робототехника, мехатроника и интеллектуальные системы", г. Таганрог, ТРТУ, 2005 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 23 работы, из них б статей в центральных реферируемых журналах и 17 статей в трудах конференций, в том числе международных, подана заявка на изобретение.

Структура н объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 155 наименований и приложений, Общий объем диссертации 202 страниц, в том числе 184 страницы основного текста, 14 страниц списка литературы, 87 рисунков, 7 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении к диссертации дается общая характеристика работы, обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цели и задачи исследования, определена научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе проведен аналитический обзор средств для контактного очувствления, подчеркнуто место датчиков давления в обеспечении функционирования сенсорных систем. Выявлены роботы, эффективность эксплуатации которых значительно повышается при оснащении их системой очувствления с датчиками давления.

С учетом особенностей эксплуатации роботов в экстремальных условиях систематизированы требования к датчикам давления. В главе приведен обзор датчиков контактного очувствления: датчиков касания, измерителей усилия, датчиков с распределенной чувствительностью.

Сравнительный анализ датчиков давления с чувствительными элементами, основанными на различных физических эффектах {резистин-

ные, тензорезистивные, емкостные, пьезоэлектрические и оптические), показал, что для экстремальных роботов наиболее подходящими являются оптические датчики. Выяснено, что механолюминесцентные датчики давления (МЛД) удовлетворяют основным требованиям, предъявляемым к датчикам давления для очувствления экстремальных роботов. Им присущи высокая помехоустойчивость к электромагнитному излучению, высокое быстродействие, сопряжение с волоконно-оптическими линиями связи, надежность, твердотельиость, вибростойкость, возможность встраивания в конструкцию и возможность миниатюризации. Механолюминесцентные датчики могут быть реализованы с распределенным чувствительным элементом, позволяющим визуализировать поля давления с высоким пространственным разрешением. Такие датчики могут использоваться для тактильного очувствления схватов мобильных роботов.

В главе проведен анализ работ, посвященных теоретическому и экспериментальному исследованию механолюминесценции и датчиков на ее основе. Выделены публикации, посвященные изучению характеристик явления, в особенности зависимости излучения от параметров механического воздействия и математической модели механолюминесцентного преобразования для люминофоров с впугрицентровым типом свечения.

В заключение первой главы определяются цель н задачи работы.

Во второй главе рассмотрены процессы преобразования, происходящие при на гружен ии механолюминесцентного датчика с чувствительным элементом (ЧЭ) на основе люминофора с рекомбинационным типом свечения. Проведен анализ особенностей люминесценции в цинксуль-фидных кристаллофосфорах. Определено, что характеристики люминесценции кристаллофосфоров определяются активаторами, образующими центры свечения. В зависимости от типа активатора люминесценция может быть внутрицентровой или рекомбинационной, причем впутрицен-тровая люминесценция характеризуется высоким энергетическим выходом, а рекомбинационная - длительным послесвечением. Рекомбипаци-онная люминесценция рассмотрена на примере 2п8:Си. Световой поток Ф(0 зависит от скорости ионизации центров свечения во всем объеме кристалла Агцс(/)прп его деформации и определяется по гиперболическому закону

где - энергия кванта света; р - коэффициент рекомбинации; /„ - длительность ионизации ЦС импульсом давления о(/).

Скорость ионизации центров свечения во всем объеме кристалла определяется особенностями механизма возбуждения люминесценции. Мс-

(1)

хаиолюшшесценция является следствием движения и размножения дислокаций, сопровождающих пластическую деформацию кристаллов. Возбуждение центров свечения в сильных электрических полях движущихся дислокаций происходит за счет туннелирования электронов на неравновесные возбужденные уровни в зоне проводимости (рис. 1).

■¡шслнромнне

мря'п'""""'

Рис. 1. Схема действия электрического поля заряженной дислокации на энергетические зоны 2п8:Си: АБ - высота туннельного барьера; ВБ - ширина потенциального барьера (туннельный переход)

В соответствие с электронными свойствами дислокаций в кристал-лофосфорах исследовано их взаимодействие с центрами свечения. Выяснено, что скорость ионизации центров свечения зависит от плотности подвижных дислокаций N,,,1), скорости их движения Ор и радиуса взаимодействия дислокации с центром свечения /вз

(2)

Напряженно-деформированное состояние ЧЭ было проанализировано с использованием микродинамической теории пластичности, что позволило связать параметры, определяющие кинетику упругопластическо-го деформирования, с макроскопическими Параметрами удара - механическим напряжением и деформацией. Определяющее соотношение для скорости неупругих деформаций ¿^ в форме Гилмана-Джонстояа с учетом уравнения Орована имеет вид

К

(Кр

(3)

где |ь[ - модуль вектора Бюргерса; кц - поправочный коэффициент, с,г -

скорость распространения сдвиговых волн в кристалле; Яф - средняя начальная плотность дислокаций; М - коэффициент размножения дислокаций; О/ - эффективное напряжение внутреннего трения (сопротивление

движению дислокации внутри кристалла); (Т[ - главное значение тензора напряжении; ЛЦ,- критическая величина общей плотности дислокаций.

Определены основные закономерности вывода излучения из механо-люминесценткого чувствительного элемента с учетом его микроструктуры и параметров оптической среды. Структура ЧЭ представляет собой плоскопараллельный светорассеивающий слой частиц порошкообразного люминесцентного материала в затвердевшем прозрачном связующем. С учетом конструктивных параметров и внутренней структуры ЧЭ, величина полного потока излучения, выводимого с площадки ЧЭ в оптический канал определяется по формуле

Ф(0 = 0,51ь*„Ф|(0. (4)

где кп - коэффициент неравномерности свечения монослоев, % - максимальная доля мощности излучения, которую можно ввести из ЧЭ в волоконный световод, Ф|(/) ~ световой поток монослоя, определяемый по вы-ражению(1).

Была получена система уравнений, позволяющих определять световой поток механолюминофора с рекомбинационным типом свечения как функцию времени в зависимости от входного механического воздействии. В главе представлены результаты математического моделирования процессов преобразования в МЛД с рекомбинационным люминофором ZnS:Cu.

Представлен алгоритм преобразования с поэтапным выводом основных зависимостей. Пример расчета энергетической светимости (Я(1)=Ф(1}/8чэ) датчика при заданном механическом напряжении приведен на рис. 2.

Определены зависимости энергетической светимости датчика на основе люминофора с рекомбинационным и внутри-цеитровым типом свечения от параметров входного механического воздействия - амплитуды Од и длительности

Исследование чувствительного элемента с рекомбинационным люминофором показало, что при механическом воздействии полусинусоидальной формы амплитуды 60-360 МПа и длительностью 0,01-0,05 с, генерируется МЛ излучение амплитудой 0,5-4 Вт/м2, причем увеличение как амплитуды, так и длительности механического воздействия приводит к

1'нс. 2. Пример расчета энергетической светимости К(1) датчика с рекомбинационным люминофором при воздействии на него импульсом механического напряжения о(1)

росту амплитуды оптического сигнала (рис. За). Исследование поведения чувствительного элемента с внутрицентровым люминофором показало, что при механическом воздействии полусинусоидальной формы амплитуды 60-360 МПа и длительностью 6,0-1500 мкс, генерируется МЛ излучение амплитудой 5-60 Вт/м", причем наблюдается наиболее яркое свечение при увеличении амплитуды механического воздействия длительностью 100-350 мкс (рис. 36).

а) б)

Рис. 3. Зависимости максимума интенсивности излучения Ял от амплитуды ол " длительности входного механического воздействия \„ для МЛД на основс люминофора: с рекомбинациошшм а) и внутрицентровым б) типом снечення

Проведен анализ зависимостей интенсивности излучения от амплитуды Од и длительности /„ механического воздействия для люминофоров с различным типом свечения. Анализ показал, что свечение рекомбина-ционного люминофора (0,05 - 0,1 Вт/м2) менее интенсивное, чем у виут-рицеитрового (5 - 60 Вт/м2) при воздействиях длительностью 10 - 1000 мкс, а при более длительных воздействиях 5 мс - 100 мс рекомбинацион-ный люминофор генерирует свечение (0,5 - 6 Вт/м2) более интенсивное, чем внутрицептровый (0,01 - 0,05 Вт/м2). Сравнение световых откликов позволяет сделать вывод о том, что на воздействия длительностью несколько десятков мкс лучше реагирует люминофор виутрицеитрового типа, а на воздействия, длительностью в сотые доли секунды, лучше генерирует излучение люминофор рекомбииационного типа. Таким образом, люминофор с рекомбнпацяонным типом свечения благодаря длительному послесвечению оказывается предпочтительнее для регистрации длительных воздействий.

Оценка долговечности ЧЭ датчика показала, что при многократном нагружении (до 105 циклов) интенсивность свечения падает не более чем на 0,2-0,3 %. Это позволяет сделать вывод о возможности применения механолюминесцентных датчиков в составе системы очувствления роботом, подвергающихся многократным механическим воздействиям.

Энергетический выход (КПД) механолюминесцентного датчика составляет 0,5-1%. Оценка влияния некоторых параметров дислокационной структуры механол юмнно фора на изменение КПД позволила разработать рекомендации к точности определения этих параметров ($£» А/, В/ иАЦ,). Рекомендуется определять значения параметров с отклонениями,

не превышающими следующих значений: для начальной общей плотности дислокаций (#&) - ±1%; для критической плотности дислокаций (К'1Щ>) - ±5%; для эффективного напряжения внутреннего трения (£>/) -

± 10%; для коэффициента размножения дислокаций (М) - ±50%.

Определена зависимость энергетического выхода датчика от общей плотиости дислокаций (рис. 4). Уменьшение начальной плотности дислокаций механо-люминофора в сотни раз приводит к увеличению КПД до 5 - 7%.

Третьи глава посвящена экспериментальному исследованию МЛД на основе люминофора с рекомбинаци-ониым типом свечения. С учетом поставленных перед экспериментальным исследованием задач была разработана установка (рис. 5).

х 10'

К

Вт/м

N1(1,1*"

Рис, 4, Зависимости энергетической светимости R и КПД датчика от общей плотности дислокаций Nid

Рис. 5. Структурная схема экспериментально)! установки: ) - механический ударный стенд; 2- пьезоакселеромстр АЛ-19; 3 -'МЛД; 4 - усилитель заряда согласующий РШ2731Э; 5 - вольтметр импульсный цифроиой В4-7; 6 - жгут полокошю-огггический ГОЖВ; 7 - блок фотоумножителя ФЭУ-бВ; 8 - доухкапальный виртуальный осциллограф УеНетап РС8-500; 9 - персональный компьютер

В состав установки входят механический ударный стенд, аппаратура для регистрации характеристик механического нагруження, комплекс для

преобразования и визуализации выходного сигнала датчика и образец МЛД. Разработан и изготовлен опытный образец датчика с сосредоточенным чувствительным элементом на основе рекомбинациоиного люминофора.

Сравнение и анализ выходных сигналов МЛД, полученных экспериментально и рассчитанных с использованием математической модели, позволяет сделать вывод о соответствии математического описания процесса реальному преобразованию в МЛД. Для экспериментальной проверки алгоритма обратного преобразования разработан программный продукт, позволяющий по выходному сигналу МЛД рассчитывать входное воздействие (рис. 6).

)

10

мке /дел

СГ, ti-jllll

(40 120 100 80 60 40.

5 Вт/м2 /дел

.о©

<з, ЦПа мп

б)

40 60 t, МКС

40 60 мке

Рис. 6. Восстановление параметров механического воздействия о4(1) по выходному сигналу МЛД R(t) в) с использованием алгоритмов: с кусочно-линейной аппроксимацией (п-З) б) и полиномиальной аппрок-симацпсй(н=3) в)

Показано, что отклонения импульсов механического воздействия, вычисленных из выходного оптического сигнала МЛД от импульсов механического воздействия, зарегистрированного при срабатывании датчика, не превышают 7-15 %. Это доказывает адекватность предложенного алгоритма и его пригодность для разработки программного обеспечения при проектировании блока обработки сигнала для системы очувствления с МЛД.

Разработан, изготовлен и исследован механолюминесцеитный датчик давления с чувствительным элементом сосредоточенного типа для очувствления экстремальных роботов. Результаты экспериментов показали, что механолюминесцентные датчики давления могут использоваться для очувствления роботов для фиксации контакта с объектами внешней среды, для измерения усилий, возникающих в месте взаимодействия, для

определения проскальзывания объектов при удержании их захватным устройством.

Четвертая глава посвящена разработке аппаратных и программных средств для системы очувствления на основе механолюшшесцентного датчика давления. Представлена методика синтеза такой системы очувствления. Разработана структурная схема сенсорного устройства на основе механолюмикесцентного датчика давления {рис. 7).

Входное _ _.__Выходной

помсЛстпс

а (/)-*■

Мсодшлюмц.

1 Грсо5раэд&ггсл1» пссисктиыП

ДЕШЛСЦИЯ чулсгттмьный

ОТСЧЯ1Т

щ

1)0ЛС

ФПУ

АЦП

Мнкро -

ПрОМОССОр

Рис. 7, Структурная схема системы очувствления с сосредоточенным МЛД

Разработана структурная схема системы тактильного очувствления на основе механолюминесцентного датчика давления с распределенным

■ МЛД с расггрсдслсппык ЧЭ Рис, 8. Структурная схема системы тактильного очувствления с распределенным

МЛД

Информация о контактном взаимодействии, вырабатываемая МЛД, обрабатывается микропроцессором и в нужном формате передается в систему управления роботом. Алгоритм восстановления параметров ударного импульса по оптическому сигналу МЛД опирается на разработанную математическую модель. Следует отметить, что генерация МЛ излучения происходит лишь в области пластической деформации кристалла, то есть в диапазоне превышения предела текучести мехаполюми-нофора о^ механическим напряжением о(/), Поэтому по оптическому сигналу рядом преобразований можно восстановить значения <т(/), которые превышают предел текучести данного механолюминофора. Алгоритм основан на вычислении из переднего фронта оптического сигнала Ф(У) информативной составляющей — скорости изменеиия интенсивности излучения - 2(1). По результатам математического моделирования влияния с(?) на изменение величины г(/) можно сделать вывод о том, что содержит информацию о входном механическом воздействии (рис. 9). Не-

обходимо отметить, чтог(/) повторяет форму ударного импульса в области пластической деформации.

Так как в данном случае г является преобразованной выходной величиной, то по зависимости 2(0) можно провести анализ чувствительности мехаиолюминесцентпого измерительного преобразователя, точнее квазичувствительности Я^-Ат/Аа.

» 1 я

<Я1) --___^

/ \

0 I, Ш.С

101

■•о <,ми«'

40 (.же40

™ 40 1, же

Рис, 9, Результаты математического моделирования г(1) при различных входных механических воздействиях

Функция преобразования имеет нелинейный характер (рис. 10), то квазичувствительность является функцией входной величины и входной величины определяется по формуле <7/= г, /8ц,.

Предложено два подхода для определения механического напряжения по значениям преобразованного светового потока: с использованием кусочно-линейной (рис. 10) и полиномиальной аппроксимации. Изменение количества липей-

2,0

I №

'1,5

N 1,0

(О

100

200

ных звеньев п в первом случае и степени приближаЕощего полинома п во втором дает увеличение точности вычисления и, соответственно, времени. Предложен шли алгоритм предназначен для программирования микропроцессорного блока обработки сигнала для системы очувствления на основе механолюми-несцентното датчика давления,

В заключении представлены основные результаты и выводы по работе:

1, Показаны актуальность и возможность использования мехаио-люминесцентных датчиков давления совместно с волоконно-оптическими линиями связи для очувствления роботов, эксплуатируемых в экстремальных условиях. Проведен анализ известных датчиков для контактного очувствления, на основе которого выявлены их достоинства

300 400

ст.МПа

Рис. 10. Кусочно-ли ней пан аппроксимация функции 2(<1) (п=3)

и недостатки, а также сформулированы требования к датчикам давления для систем очувствления экстремальной робототехники.

2. Разработана и исследована математическая модель механолю-минесдентного датчика давления на основе люминофора с ре комбинационным типом свечения, позволяющая определять выходной оптический сигнал датчика в зависимости от входного механического воздействия.

3. Определены зависимости интенсивности свечения от амплитудно-временных параметров входного механического воздействия для датчиков на основе механолюминофоров с рекомбинационным и внутри-центровым типом свечения. Проведен сравнительный анализ результатов моделирования излучения механолюмицесцентных датчиков на основе люминофоров с рекомбинационным и внутри центровым типом свечения. Анализ показал, что свечение рекомбинационного люминофора (0,05 -0,1 Вт/м2) менее интенсивное, чем у внутри центр опого (5 - 60 Вт/м2) при воздействиях длительностью 10 - 1000 мкс, а при более длительных воздействиях 5 мс - 100 мс рекомбинационный люминофор генерирует свечение (0,5 — б Вт/мг) более интенсивное, чем внутрицентровый (0,01 -0,05 Вт/м2).

4. Определен КПД датчика, который составляет 0,5-1% в зависимости от условий нагруження. Исследовано влияния некоторых параметров кинетики дислокационного состояния механолюминофора (начальной общей плотности дислокаций, критической плотности дислокаций, эффективного напряжения внутреннего трения, коэффициента размножения дислокаций) на изменение КПД. Предложены рекомендации к точности их определения. Теоретически показана возможность повышения КПД до 5 - 7 % при использовании механолюминофора с низкой начальной плотностью дислокаций.

5. Предложен алгоритм обработки сигнала МЛД и соответствующий ему программный продукт, позволяющий восстанавливать параметры механического воздействия. Доказана его адекватность и возможность использования его при программировании микропроцессорного блока обработки сигнала МЛД для системы таю ильного очувствления.

6. Разработана конструкция МЛД и экспериментальный комплекс для его исследования, позволяющий воспроизводить механические воздействия, характерные реальным условиям эксплуатации экстремальных роботов. Проведенные экспериментальные исследования позволили оценить возможность применения МЛД для контактного очувствления. Результаты экспериментов подтвердили адекватность предложенной математической модели мехаиолюминесцентного преобразования для рекомбинационного люминофора.

В приложениях приведены акты внедрения результатов работы.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Макарова Н.Ю., Татмышевский К.В. Меха иояюминесцентные сенсоры для измерительных систем с волоконно-оптическими линиями связи // Информационно-измерительные и управляющие системы. № 4.2006, С. 3 - 9.

2. Макарова ШО., Татмышевский К.В. Методика обработки выходного оптического сигнала мехаиолюминесцеитного датчика. // Приборы и системы. Управление. Контроль. Диагностика. №3.2006. С. 34 - 39.

3. Макарова Н.Ю., Рахманов З.Т. Мехаполюминесцентные сенсоры давления для тактильной системы очувствления роботов И Материалы первой всерос. науч, конф. студентов и аспирантов с международным участием "Робототехника, мехатроцшеа и интеллектуальные системы", Таганрог. 2005. С. 148- Í55.

4. Макарова H.IO. Интеллектуальные композиционные панели со встроенными механолюминесцентными сенсорами давления // Тез. всерос. научн.-практ, конф. "Актуальные проблемы авиации и космонавтики". Красноярск. 2005. С. 65 ~ 66.

5. Makarova N.Yu., Tatmyslievsky K.V. Mechanolumiiiescent smart materials // Physics of Electronic Materials: 2nd International Conference Proceedings. Kaluga. Russia, 2005. Vol. 2. P. 186-189.

6. Макарова Н.Ю., Татмышевский K.B. Стенд для эксперимецгальио-го исследования мехаполюминесцеитных датчиков импульсного давления // Приборы и техника эксперимента. №1.2006. С. 135- 141.

7. Макарова Н.Ю., Татмышевский К,В. Процесс преобразования в механолюмнпеецентном сенсоре давления // Инженерная физика. №1. 2006. С. 50-55.

8. Татмышевский К.В., Макарова НЛО, Механолюминесцентный сенсорный элемент: математическая модель и расчет выходных оптических сигналов // Проектирование и технология электронных средств. № I. 2004. С. 2-9.

9. Макарова Н.Ю., Татмышевский К.В. Мехаполгом ш i ее це нтпые сенсоры импульсного давления: результаты экспериментального исследования И Проектирование и технология электронных средств. № 2.2005. С. 2 -8.

10. Макарова НЛО., Рахманов З.Т. Механолюминесцентный сенсор для визуализации полей давления И Тез. докл. 5 всерос. молодежи, конф. по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и напоэлекфо-пике. Санкт-Петербург. СПбГПУ. 2003. С. 112,

П. Татмышевский К.В., Макарова НЛО. Механолюминссцентные (светогенерационные) сенсоры ударных нагрузок И Материалы общерос.

научн.-техн. коиф. «Первые Рдултовские чтения». Санкт-Петербург. БГТУ «Военмех». 2003. С. 159-166.

12. Татмышевский К.В., Макарова НЛО. Математическая модель внутрицентровой мехаиолюминесценции Ц Материалы 3 междунар. на-учн.-практ. конф. «Математическое моделирование в образовании, науке и производстве». Тирасполь. 2003. С. 140 - 141.

13. Татмышевский К.В., Макарова НЛО. Механолюминесцентные (светогенерационные) сенсорные элементы для современных информационно-измерительных технологий // Тез. докл. IV междунар. научн.-техн. конф,«Электроника и информатика». - М.: МИЭТ, 2002. Часть 2. С. 260-261.

14. Макарова Н.Ю., Татмышевский К.В. Механолюминесцентные сенсоры давления на основе соединения 2пЗ:Мп // Труды 7 междунар. конф. «Опто- наноэлекгроника, нанотехиологии и микросистемы». Ульяновск. 2005. С. 197.

15. Макарова НЛО,, Рахманов З.Т. Регистрация механических напряжений с помощью механолгоминесцентиого сенсора // Тез. докл. 10 междунар. научн.-техн. конф. «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»-М.: МЭИ. 2004. Т. 1. С. 191 - 192.

16. Макарова НЛО. Механолюминесцентные (светогенерационные) сенсорные элементы для современных информационно-измерительных технологий II Тез. докл. 9 междунар. научн.-техн. конф. «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». М. МЭИ. 2003. Т.). С. 160,

17. Макарова НЛО. Математическая модель механолюмииесцсптного преобразователя ударного давления // Труды XVI междунар. научи, конф, «Математические методы в технике и технологиях» / Под общ, ред. В.С. Балакирева. Ростов н/Д. РГАСХМ ГОУ. 2003. Т. 8. С. 45 - 47.

18. Макарова НЛО., Спажакии А.Г., Корнилов П.П., Клименков Ю.С., Скорняков Р.А, Система мониторинга напряженно-деформированного состояния крыльев самолета // Тез, всерос, научн.-практ. конф. "Актуальные проблемы авиации и космонавтики", Красноярск. 2005. С. 67 - 68.

19. Макарова Н.Ю., Рахманов З.Т. Механолюминесцентные сенсорные элементы для современных информационно-измерительных технологий // Сборник тез. 9 всерос. науч. конф. студентов-физиков. Екатеринбург-Красноярск. 2003. Т.2. С. 596-597.

20. Заявка № 200610535 РФ МПК С01Р 15/10. Приоритет от 20.02.2006, Механолюминесцентный датчик удара. / Татмышевский К.В., Рахманов З.Т., Макарова НЛО., Спажакии А.Г,

Личный оклад

В работах, написанных в соавторстве, состоит в следующем: в [1, 7, 8,11, 12] показаны особенности механолюминесценции в соединениях 2п5;Мп и гпЭгСи, впервые получена математическая модель меха-ношоминесцентного преобразования для люминофоров с рекомбинаци-онным типом свечения; в [5, 10, 14, 19] выполнены расчеты по определению зависимости параметров выходных оптических сигналов механолю-минесцентного датчика от амплитудно-временных параметров механического воздействия; в [2, 3, 18, 20] разработан алгоритм обработки выходного оптического сигнала механолюминесцентного датчика, позволяющий рассчитывать входное механическое воздействие; в [6,9, И, 15] проведено экспериментальное исследование по проверке адекватности математической модели и алгоритма обратного преобразования.

Подписано в печать ¿3,11.06. Формат 60x84/16, Бумага для множит, техники. Гарнитура Тайме. Печать на ризографе. Усл. печ. л. 0,93. Уч.-изд. л. 0,97. Тираж 100 экз.

Заказ ¿69-,3806г. Издательство Владимирского государственного университета. 600000, Владимир, ул. Горького, 87.

/ГVf

18 4®

Введение.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОЧУВСТВЛЕНИЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ И МЕХА-ТРОННЫХ СИСТЕМ.

1.1. Назначение и структура систем контактного очувствления.

1.2. Разновидности датчиков контактного очувствления по функциональному назначению.

1.3. Разновидности датчиков давления по типу чувствительного элемента.

1.3.1. Резистивные и тензорезистивные чувствительные элементы.

1.3.2. Емкостные чувствительные элементы.

1.3.3. Пьезоэлектрические чувствительные элементы.

1.3.4. Оптические датчики.

1.3.5. Сравнительный анализ датчиков для контактного очувствления робототехнических систем.

1.3.6. Требования к датчикам давления для очувствления современных робототехнических систем.

1.4. Основные сведения о механолюминесцентных датчиках давления.

1.4.1. О явлении механолюминесценции и механолюми-нофорах.

1.4.2. Характеристики механолюминесцентного излучения.

1.4.3. Экспериментальные установки по исследованию МЛ

1.4.4. Применение механолюминесцентных датчиков.

Выводы по первой главе и постановка задач исследования.

2. ПРОЦЕСС ПРЕОБРАЗОВАНИЯ В МЕХАНОЛЮМИНЕС-ЦЕНТНОМ ДАТЧИКЕ ДАВЛЕНИЯ.

2.1. Особенности люминесценции в кристаллофосфорах.

2.2. Кинетика рекомбинационной люминесценции.

2.2.1. Механизм рекомбинационного свечения.

2.2.2. Уравнение кинетики рекомбинационной люминесценции.

2.3. Механизм возбуждения механолюминесценции.

2.3.1. Взаимодействие движущихся дислокаций с центрами люминесценции.

2.3.2. Деформирование механолюминофора с точки зрения микродинамической теории пластичности.

2.4. Математическая модель механооптического преобразования датчика с рекомбинационным люминофором.

2.5. Моделирование механолюминесцентного преобразования.

2.5.1. Алгоритм механолюминесцентного преобразования для рекомбинационного люминофора.

2.5.2. Исследование влияния параметров импульса давления на оптический сигнал датчика с рекомбинационным люминофором.

2.5.3. Сравнение излучения механолюминофоров с внут-рицентровой и рекомбинационной кинетикой.

2.5.4. Влияние числа нагружений на выходной оптический сигнал механолюминесцентного датчика.

2.5.5. Определение энергетического выхода механолюминесцентного преобразования.

2.5.6. Повышение энергетического выхода датчика.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНО-ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОЧУВСТВЛЕНИЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ.

3.1. Постановка задач экспериментального исследования.

3.2. Экспериментальная установка. Приборы и методика проведения экспериментов.

3.2.1. Конструкция датчика давления с механолюминес-центным чувствительным элементом сосредоточенного типа.

3.2.2. Экспериментальный комплекс для исследования ме-ханолюминесцентного датчика.

3.2.3. Обработка результатов экспериментальных исследований.

3.3. Проверка адекватности математической модели преобразования механолюминесцентного датчика.

3.4. Результаты экспериментальных исследований.

3.4.1. Результаты экспериментальных исследований по проверке математической модели преобразования датчика.

3.4.2. Результаты экспериментальных исследований по визуализации полей давления.

4. АППАРАТНЫЕ И ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ СИСТЕМЫ КОНТАКТНОГО ОЧУВСТВЛЕНИЯ С МЛД.

4.1. Эффективность использования МЛД для контактного очувствления экстремальных роботов.

4.2. Структура системы очувствления с механолюминесцент-ным датчиком давления.

4.2.1. Схема с сосредоточенным механолюминесцентным датчиком.

4.2.2. Схема с распределенным механолюминесцентным датчиком.

4.2.3. Методика синтеза системы очувствления с механолюминесцентным датчиком давления.

4.3. Разработка программного обеспечения для блока обработки сигнала механолюминесцентного датчика.

4.3.1.Методика восстановления входного механического воздействия по выходному оптическому сигналу датчика.

4.3.2. Результаты экспериментов по проверке алгоритма обратного преобразования сигнала МЛД.

Придание мобильным мехатронным и робототехническим системам большей гибкости и автономности при поиске путей достижения целей связано с одной стороны с разработкой аппарата формирования алгоритмов для планируемой задачи, с другой стороны с расширением возможностей по восприятию текущей информации, т.е. знаний о среде. Меняющиеся в процессе работы внешние условия приводят к тому, что для выполнения своих функций система должна оперативно контролировать внешнюю обстановку, распознавать изменения и при необходимости корректировать программу своей работы. Для этого робототехнические системы должны быть оснащены набором сенсорных устройств и адаптивной системой управления. Поэтому создание сенсорных систем различной физической природы со специфическими свойствами, чувствительностью, малогабаритностью является важной задачей дальнейшего развития роботов.

Контактные сенсорные системы применяются для очувствления рабочих органов манипуляторов и корпуса, бампера мобильных роботов. Они позволяют фиксировать контакт с объектами внешней среды, измерять усилия, возникающие в месте взаимодействия, определять проскальзывание объектов при их удержании захватным устройством. Тактильные сенсоры помимо получения информации о контакте применяются и для определения размеров объектов, например, путем их ощупывания. Важным требованием, предъявляемым к этим устройствам, является высокая чувствительность, пространственное разрешение, малые габариты, высокая механическая прочность и надежность.

Робототехнические системы предназначены для работы в экстремальных условиях, характеризующихся высоким уровнем электромагнитных помех, сильной радиации, взрывоопасностью, загазованностью, высокими температурами и давлениями. В таких случаях особенные требования предъявляются как к робототехни-ческой системе в целом, так и к датчикам систем очувствления (особенно к контактным). Датчики, также как и рабочие органы, должны эффективно работать в экстремальных условиях.

В настоящее время волоконно-оптические информационно-измерительные системы хорошо зарекомендовали себя для работы в экстремальных условиях, особенно при воздействии мощных электромагнитных и ионизирующих излучений. Но для их применения в системах очувствления требуется разработка датчиков, вырабатывающих сигнал той же физической природы. Существующие датчики давления для очувствления роботов, - тензорези-стивные, емкостные, пьезоэлектрические, не удовлетворяют требованиям по помехоустойчивости для использования их в экстремальных условиях, а оптические датчики функционально ненадежны с точки зрения механической прочности и вибростойкости и не способны определять величину воздействия.

Механолюминесцентные датчики работают по принципу прямого преобразования механической энергии в энергию оптического излучения. Им присущи высокая помехоустойчивость к электромагнитным воздействиям, высокое быстродействие, сопряжение с волоконно-оптическими линиями связи, твердотельность, вибростойкость, возможность встраивания в конструкцию и возможность миниатюризации.

Механолюминесцентные датчики могут быть реализованы с распределенным чувствительным элементом, позволяющим визуализировать поля давления. Для таких датчиков характерно очень высокое пространственное разрешение, обусловленное пленочной структурой чувствительного элемента (порошкообразный люминофор в прозрачном связующем) и ограниченное размерами кристаллов люминофора. Такие датчики могут использоваться для тактильного очувствления схватов мобильных робототехнических систем, причем пространственное разрешение тактильного образа будет лимитировано возможностями фотоприемных устройств. Таким образом, отмечаются перспективы повышения эффективности функционирования экстремальных роботов, связанные с применением механолюминесцентных датчиков давления совместно с волоконно-оптическими линиями связи.

Большой вклад в исследование явления механолюминесцен-ции внесли отечественные и зарубежные ученые: Осипьян Ю.А., Шмурак С.З., Бредихин С.И., Татмышевский К.В., Meyer К., Chandra В.Р., Zink J.I., Sodomka L., Sage I. и др. Вопросами прикладного характера занимались научные коллективы Японии (Chao-Nan Xu, Xu-Guang Zheng, Morito Akiyama, Tadahiko Wata-nabe) и Великобритании (Sage I., Bourhill G., Humberstone L., Lloyd P.). Анализ публикаций показал, что они, в основном, посвящены теоретическим основам механолюминесценции и экспериментальному исследованию явления. Для разработки механолюминесцентных датчиков давления для систем очувствления экстремальной робототехники необходимо разработать математическую модель преобразования и алгоритм обработки выходного оптического сигнала датчика.

Принципиально новым компонентом в системе очувствления является механолюминесцентный датчик, а передача и вторичное преобразование информационного сигнала датчика реализуется с применением существующих технических средств. Для использования механолюминесцентного датчика давления для очувствления экстремальных робототехнических систем необходимо теоретическое и экспериментальное исследование датчика.

Целью работы является разработка и исследование механо-люминесцентных датчиков давления на основе рекомбинационных люминофоров для систем очувствления экстремальной робототехники.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

1. Анализ применяемых датчиков давления в системах очувствления. Обоснование возможности создания системы контактного очувствления на основе механолюминесцентного датчика давления. Анализ научных работ, посвященных теоретическим основам механолюминесценции, экспериментальному исследованию явления.

2. Разработка и исследование математической модели механолюминесцентного датчика давления с люминофором с ре-комбинационным типом свечения.

3. Определение зависимостей параметров оптического сигнала датчика от параметров различных входных механических воздействий. Анализ влияния параметров механического воздействия на интенсивность свечения датчика на основе ме-ханолюминофора с рекомбинационным типом свечения.

4. Исследование зависимости КПД механолюминесцентного преобразования от параметров дислокационной структуры люминофора и оценка возможности повышения КПД датчика.

5. Разработка алгоритма и программы восстановления параметров механического воздействия по выходному оптическому сигналу МЛД. Проверка адекватности предложенного алгоритма. Разработка структурных схем систем очувствления с применением механолюминесцентного датчика давления с сосредоточенным чувствительным элементом для определения параметров удара и с распределенным чувствительным элементом для визуализации полей механических напряжений (реализация тактильного очувствления).

6. Экспериментальное исследование макета механолюминесцентного датчика давления, проверка адекватности разработанной математической модели преобразования датчика и проверка алгоритма обработки выходного сигнала датчика. Используемые в работе методы исследования основаны на применении теории люминесценции, физической химии кристал-лофосфоров, микродинамической теории пластичности, динамике контактного взаимодействия, математического моделирования, а также статистических методов обработки экспериментальных данных.

Научная новизна исследования заключается в следующем: 1. Разработана математическая модель механооптическо-го преобразования для датчика давления на основе люминофора с рекомбинационным типом свечения, позволяющая определять выходной оптический сигнал датчика в зависимости от различных входных воздействий.

2. Определены зависимости параметров выходного оптического сигнала от амплитудно-временных параметров входного механического воздействия для механолюминесцентных датчиков с чувствительными элементами из кристаллофосфо-ров с рекомбинационным и внутрицентровым типом свечения.

3. Определен КПД механолюминесцентного преобразования. Теоретически исследована возможность повышения энергетического выхода датчика, основанная на использовании механолюминофоров с низкой начальной плотностью дислокаций.

4. Разработан адаптивный алгоритм обработки выходного сигнала датчика, позволяющий восстанавливать параметры входного механического воздействия. Алгоритм предназначен для программирования микропроцессорного блока обработки сигнала механолюминесцентного датчика давления для систем очувствления экстремальных роботов.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Разработан комплекс программных средств, позволяющих проводить расчет выходного оптического сигнала механолюминесцентного датчика на основе люминофоров с рекомбинационным и внутрицентровым типом свечения для систем очувствления экстремальной робототехники.

2. Предложены практические рекомендации к точности определения параметров кинетики дислокационного состояния рекомбинационного люминофора, входящих в математическую модель и оказывающих влияние на интенсивность излучения и энергетический выход датчика.

3. Разработана специализированная программа, реализующая предложенный алгоритм обработки выходного сигнала датчика, которая позволяет в соответствии с потребностями пользователя оптимизировать режим восстановления параметров входного механического воздействия.

4. Разработан и изготовлен механолюминесцентный датчик давления с чувствительным элементом сосредоточенного типа для очувствления экстремальных роботов. Реализация и внедрение. Разработанные методики расчета и проектирования, результаты теоретического и экспериментального исследования МЛД для очувствления роботов внедрены в Институте точной механики и вычислительной техники РАН (г. Москва), в научно-производственной фирме «Сигма - Интегрированные Системы» (г. Москва), а также в учебный процесс на кафедре приборостроения и информационно-измерительных технологий ВлГУ. Материалы диссертационной работы использовались в госбюджетных НИР «Механолюминесцентные (светогенерационные) сенсорные элементы для современных информационно-измерительных технологий» (код проекта 06.01.079) научно-технической программы «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» и «Механолюминесцентные сенсорные элементы для визуализации полей давления» (код проекта А04-3.20-567) по гранту конкурса 2004 года для поддержки научно-исследовательской работы аспирантов государственных образовательных учреждений высшего профессионального образования, находящихся в ведении Федерального агентства по образованию.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на: IV междунар. научн.-техн. конф. «Электроника и информатика», г. Москва, МИЭТ, 2002 г.; IX, X междунар. научн.-техн. конф. «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», г. Москва, МЭИ, 2003, 2004 гг.; XVI междунар. на-учн. конф. «Математические методы в технике и технологиях», г. Ростов-на-Дону, РГАСХМ ГОУ, 2003 г.; III междунар. научн.-техн. конф. «Математическое моделирование в образовании, науке и производстве», г. Тирасполь, 2003 г.; научн.-техн. конф. преподавателей и сотрудников факультета радиофизики, электроники и медицинской техники, г. Владимир, ВлГУ. 2003 г.; Общерос. научн.-техн. конф. «Первые Рдултовские чтения», г. Санкт-Петербург, БГТУ «Военмех», 2003 г.; IX всерос. научн. конф. студентов-физиков и молодых учёных, г. Красноярск, КГУ, 2003 г.; V всерос. молодежной конф. по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, г. Санкт-Петербург, СПбГПУ, 2003 г.; всерос. научн.-практ. конф. "Актуальные проблемы авиации и космонавтики", г. Красноярск, КГУ, 2005 г; VII междунар. научн. конф. «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы», г. Владимир, ВлГУ, 2005 г.; 2nd International Conference "Physics of electronic materials", Kaluga, Russia, 2005; Первой всерос. научн. конф. студентов и аспирантов с междунар. участием "Робототехника, мехатроника и интеллектуальные системы", г. Таганрог, ТРТУ, 2005 г.

Публикации по работе. По результатам выполненных исследований и разработок опубликовано 23 работы, из них 6 статей в центральных реферируемых журналах и 17 статей в трудах конференций, подана заявка на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 155 наименований отечественных и зарубежных источников и приложений. Общий объем диссертации 202 страницы, в том числе 184 страницы основного текста, 12 страниц списка литературы, 87 рисунков, 7 таблиц.

Основные результаты и выводы, полученные в диссертационной работу заключаются в следующем:

1. Показаны актуальность и возможность использования механолюминесцентных датчиков давления совместно с волоконно-оптическими линиями связи для очувствления роботов, эксплуатируемых в экстремальных условиях. Проведен анализ известных датчиков для контактного очувствления, на основе которого выявлены их достоинства и недостатки, а также сформулированы требования к датчикам давления для систем очувствления экстремальной робототехники.

2. Разработана и исследована математическая модель механолюминесцентного датчика давления на основе люминофора с реком-бинационным типом свечения, позволяющая определять выходной оптический сигнал датчика в зависимости от входного механического воздействия.

3. Определены зависимости интенсивности свечения от амплитудно-временных параметров входного механического воздействия для датчиков на основе механолюминофоров с рекомбинацион-ным и внутрицентровым типом свечения. Исследовано влияние амплитудно-временных параметров механического воздействия на оптический сигнал датчика с рекомбинационным люминофором. Выяснено, что при механическом воздействии полусинусоидальной формы амплитуды 60-400 МПа и длительностью 0,01-0,05 с, генерируется механолюминесцентное излучение амплитудой 0,5-5 Вт/м2, причем увеличение как амплитуды, так и длительности воздействия приводит к росту амплитуды сигнала. Наблюдается длительное послесвечение сигнала. Проведен сравнительный анализ результатов моделирования излучения механолюминесцентных датчиков на основе люминофоров с рекомбинационным и внутрицентровым типом свечения. Анализ показал, что свечение рекомбинационного люминофора (0,05 - 0,1

Л Л

Вт/м ) менее интенсивное, чем у внутрицентрового (5 - 60 Вт/м ) при воздействиях длительностью 0,01-1 мс, а при более длительных воздействиях 5 мс - 100 мс рекомбинационный люминофор генерирует свечение (0,5 - 6 Вт/м ) более интенсивное, чем внутрицентровый (0,01-0,05 Вт/м2).

4. Определен КПД датчика, который составляет 0,5-1% в зависимости от условий нагружения. Исследовано влияния некоторых параметров кинетики дислокационного состояния механолюминофора (начальной общей плотности дислокаций, критической плотности дислокаций, эффективного напряжения внутреннего трения, коэффициента размножения дислокаций) на изменение КПД. Предложены рекомендации к точности их определения. Теоретически показана возможность повышения КПД до 5 - 7 % при использовании механолюминофора с низкой начальной плотностью дислокаций.

5. Предложен алгоритм обработки сигнала МЛД и соответствующий ему программный продукт, позволяющий восстанавливать параметры механического воздействия. Доказана его адекватность и возможность использования его при программировании микропроцессорного блока обработки сигнала МЛД для системы тактильного очувствления.

6. Разработана конструкция МЛД и экспериментальный комплекс для его исследования, позволяющий воспроизводить механические воздействия, характерные реальным условиям эксплуатации экстремальных роботов. Проведенные экспериментальные исследования позволили оценить возможность применения МЛД для контактного очувствления. Результаты экспериментов подтвердили адекватность предложенной математической модели механолюминесцентного преобразования для рекомбинационного люминофора.

185

Заключение

1. Юревич Е.И. Основы робототехники 2 изд., СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 416 с.

2. Попов Е.П. Робототехника и гибкие производственные системы. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. - 192 с.

3. Системы очувствления промышленных роботов и гибких производственных систем / Сборник научных трудов, отв. ред. И.М. Макаров, Е.П. Попов. М.: Наука, 1989. - 368 с.

4. Робототехника / Ю.Д. Андрианов, Э.П. Бобриков, В.Н. Гончаренко и др.; Под ред. Е.П. Попова, Е.И. Юревича. М.: Машиностроение, 1984. - 288 с.

5. Скотт П. Промышленные роботы переворот в производстве: Сокр. пер. с англ./ Авт. предисл. и науч. ред. Л.И. Волчке-вич. - М.: Экономика, 1987. - 304 с.

6. Асфаль Р. Роботы и автоматизация производства/ Пер. с англ. М.Ю. Евстегнеева и др. М.: Машиностроение, 1989. - 448 с.

7. Дистанционно управляемые роботы и манипуляторы /

8. B.C. Кулешов, Н.А. Лакота, В.В. Андрюнин и др.; Под общ. ред. Е.П. Попова. М.: Машиностроение, 1986 - 328 с.

9. Попов Е.П., Письменный Г.В. Основы робототехники: Введение в специальность: Учеб. для вузов по спец. "Роботехн. системы и комплексы" М.: Высш. шк., 1990. - 224 с.

10. Цапенко М.П. Измерительные информационные системы: Структуры и алгоритмы, системотехническое проектирование.: Учеб. пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 440.

11. Промышленная мехатроника: современное состояние и перспективы // Мехатроника, автоматизация, управление. №2 2004.1. C. 53-59.

12. Подураев Ю.В. Основы мехатроники. М.: Изд-во МГТУ СТАНКИН, 2000. - 324. с

13. Подураев Ю.В., Кулешов B.C. Принципы построения и современные тенденции развития мехатронных систем // Мехатро-ника, автоматизация, управление. № 1.2000. С. 5-10.

14. Шалобаев Е.В. Микросистемная техника и мехатроника: особенности соотношения микро- и макроуровней. // Микросист. техн. № 4. 2000. С. 5-9.

15. Шалобаев Е.В. Сенсорика и XXI век. // Датчики и системы. № 1.2001. С. 72-74.

16. Алферов А.В. В мире умных машин. М.:Радио и связь, 1989. - 216 с.

17. R.S. Fearing. Tactile sensing mechanism // International Journal of Robotics Research , 9(3). 1990. P. 3 23.

18. M. R. Nicholls, M.H. Lee A survey of robot tactile sensing technology // International Journal of Robotics Research, 1989. № 8(3). P. 3-30.

19. L. D. Harmon Automated tactile sensing. // International Journal of Robotics Research, 1982. № 1(2). P. 3-32.

20. Сенсоры в контрольно-измерительной технике / П.М. Таланчук, С.П. Голубков, В.П. Маслов и др. К.: Техника, 1991. -175 с.

21. Волоконно-оптические датчики / Т. Окоси, К. Окамото, М. Оцу, X. Нисихара, К. Кюма, К. Хататэ; Под ред. Т. Окоси: Пер. с япон. JT.: Энергоатомиздат. Ленинградское отд-е, 1990. - 256 с.

22. Шмидт Д., Шварц В. Оптоэлектронные сенсорные системы: Пер. с нем. М.: Мир, 1991. - 96 с.

23. Sage I., Bourhill G. Triboluminescent materials for structural damage monitoring // J. Mater. Chem., 2001. № 11. p. 231 -245.

24. Thiessen P., Meyer K. Triboluminescenz bei Verformungs. fester Korper // Naturwissenschaften. 1970; H.9. p. 423-427.

25. Тарбаев Н.И., Шепельский Г.А. Одномерные структуры, образованные низкотемпературным скольжением дислокаций источники дислокационного поглощения и излучения в полупроводниковых кристаллах AnBVI // ФТПП, 1998, том 32, № 6. С. 646-653.

26. Беляев JI.M., Мартышев В.В. Исследование свечения при разрушении кристаллов. Времена высвечивания. В кн.: Физика щелочно-галоидных кристаллов.- Рига, 1962. С. 179-182.

27. Chao-Nan Xu, Xu-Guang Zheng, Tadahiko Watanabe, Mo-rito Akiyama Direct view of stress distribution in solid by mechanolumi-nescence // Appl. Phys. Lett. 1999. Vol. 74. № 17. P. 2414-2416.

28. Chandra B.P. Squeezing light out of crystals: tribolumines-cence // Nucl. Tracks and Radiat. Meas. 1985. № 1-2. P. 225-241.

29. Chao-Nan Xu, Xu-Guang Zheng, Tadahiko Watanabe, Mo-rito Akiyama Artificial skin to sense mechanical stress by visible light emission // Appl. Phys. Lett. 1999. Vol. 74. № 9. P. 1236-1238.

30. Sage I., Humberstone L., Oswald I., Lloyd P., Bourhill G. Getting light through black composites: embedded triboluminescent structural damage sensors. // Smart Mater. Struct. 2001. № 10. P. 332337.

31. Chandra B.P., Rahangdale Yu. Theoretical approach to the mechanoluminescence excitation in solids // Cryst. Res. Technol. 1990, Vol.25, №2. P. 197-208.

32. Chandra B.P. Kinetics of triboluminescence in sugar crystals // Indian J. of Pure and Applied Physics. 1976. Vol. 14. № 11. P. 874876.

33. Chandra B.P. Zink J. Triboluminescence of Inorganic Sulfates // Inorg. Chem. 1980; № 19. P. 3098-3102.

34. Chandra B.P. Zink J. Triboluminescence of nitrate crystals // J. Phys. And Chem. Solids. 1981. Vol. 9. № 42. P. 529-532.

35. Бредихин С.И., Шмурак С.З. Стимулирование деформацией свечение кристаллов ZnS // ЖЭТФ. 1974. Т. 19. № 12. С. 709713.

36. Бредихин С.И., Шмурак С.З. Люминесценция и электрические характеристики пластически деформируемых кристаллов ZnS//ЖЭТФ. 1977. Т. 73. Вып. 4(10). С. 1460-1469.

37. Бредихин С.И., Шмурак С.З. Взаимодействие заряженных дислокаций с центрами люминесценции в кристаллах ZnS // ЖЭТФ. 1979. Т 76. Вып. 3. С. 1028 1037.

38. Ossipyan Y.A., Schmurak S.Z. Deformation luminescence and motion of charged dislocatoins in crystals. / Defects. Insul. Cryst. Proc.Int. Conf. Berlin, 1981. P. 135-160.

39. Obrikat D., Meyer K., Polly F. Triboluminescence spectra of Doped Zinc Sulfides // Phys. stat. solidi. 1967. v.22. №2. P. 123-126.

40. Chao-Nan Xu, Xu-Guang Zh., Tadahiko Watanabe, Morito Akiyama, Ichiro Usui. Enhancement of adhesion and triboluminescence of ZnS:Mn films by annealing technique // Thin Solid Films 352 (1999), P. 273-277.

41. Chao-Nan Xu, Xu-Guang Zheng, Tadahiko Watanabe, Morito Akiyama Preparation and characteristics of highly triboluminescent ZnS film // Materials Research Bulletin, Vol. 34, 1999. P. 1491-1500.

42. Ежик И.И. О механизме ударной люминесценции в рент-генизованных кристаллах КС1 // Известия ВУЗов. Физика. 1971. Т.2. №7. С. 11-16.

43. Chandra В.P., Ramrakhiani М., Sahu P., Rastogi A.M. Correlation between deformation bleaching and mechanoluminescence incoloured alkali halide crystals // Pranama journal of physics, 2000. Vol. 54 №2. P. 287-303.

44. Meyer K., Obrikat D., Rossberg M. Progress in Tribolumi-nescence of Alkali Halides and Doped Zinc Sulphides II. // Kristall und Technik. 1970; №2. P. 181-205.

45. Brannon P. S. Studies of the spectral of shock-induced luminescence from X-cut quartz. // J. Appl. Phys. 1983. v. 54. №11. P. 63746381.

46. Абрамова К.Б. и др. Механолюминесценция стали // ЖТФ. №5.1986. С. 978-981.

47. Абрамова К.Б. и др. Люминесценция металлов, сопровождающая их деформацию и разрушение // ЖЭТФ. 1976. Т. 71. Вып. 5(11). С. 1273- 1279.

48. Абрамова К.Ф., Щербаков И.П., Русаков А.И., Семенов А.А. Эмиссионные процессы, сопровождающие деформирование и разрушение металлов. // ФТТ, том 41, вып. 5. 1999. С. 841-843.

49. Ishihara Т., Tanaka К., Fujita К., Hirao К., Soga N Full color triboluminescence of rare-earth-doped hexacelsian (BaAl2Si208) // Solid state communications, 1998, Vol. 107, № 12. P. 763-767.

50. Morito Akiyama, Chao-Nan Xu, Hiroaki Matsui, Kazuhiro Nonaka. Recovery phenomenon of mechanoluminescence from Ca2Al2Si07:Ce by irradiation with ultraviolet light. // Appl. Phys. Lett. 1999. Vol. 75. № 17. P. 2548-2550.

51. Chandra B.P., Bisen D.P. Theoretical Approach to the mechanoluminescence of the Thermoluminescent Crystals // Phys.Stat.Sol.(a) №114. 1989. P. 123-K125.

52. Zink J.I. Tribophosphorescence from nonphotophos-phorecsent crystals //J. Amer. Chem. Soc. 1974. Vol.96. № 21. P. 67756777.

53. Alzetta G. Behavior of light emission in mechanically excite ZnS. // Nuovo Cimento; 1962. X 23. P. 910-912.

54. Велиев 3.A., Шикин В. Б. О движении заряженных дислокаций в полупроводниках А2В6 // ФТТ. 1985. Т. 27, №9. С. 26832686.

55. Дорохович В.П., Копань B.C., Силенко П.М., Ящук Л.И. О природе триболюминесценции волокон карбида кремния. // Известия вузов MB и ССО СССР. Серия Физика. № 297, 1979. С. 2-18.

56. Dickinson J.T., Jensen L.C., Langford S.C. Recombination on fractal networks: photon and electron emission following fracture of materials//J. Mater. Res., 1993. Vol. 8. №11 P. 2921-2932.

57. Dickinson J.T., Jensen L.C., Langford S.C. et al. Fracture-induced emission of alkali atoms from feldspar // Phys. Chem. Minerals, 1992. № 18. P.453-459.

58. Sweeting L.M. What excites triboluminescence?/ Spectroscopic Characterization of Minerals and their surfaces, edited by S.W.S. McKeewer. American Chemical Society, Washington, D.C., 1990. Vol. 415.-P. 245-260.

59. Sweeting L.M. Triboluminescence with and without air// Chem. Mater., 2001. Vol. 13. № 2. P. 854-870.

60. Sanjay Tiwari, B.P. Chandra Role of mixed crystallinity on the mechanoluminescence efficiency of activated ZnCdS solid solutions. Proc. Solid State Phys. Symp., Varanasi, Dec 21-24, 1991. P. 196-199.

61. T.Ohgaku, K. Suzuki, K. Inabe Effect of mechanical factors on fractoluminescence of KCl:Ca2+ crystals after X-ray irradiation at room temperature // Phys. Stat. Sol. 2002. (a) 193, № 2. P. 320-328.

62. Chandra B.P., Meera Ramrakhiani, Ansari M.H., Tiwari S. A search for mechanoluminophors capable of pressure-induced thermalpopulation of excited states // Pranama J. Phys., Vol. 36, № 4, 1991. P. 407-421.

63. Zink S., Beese W. Triboluminescence of silika core optical fibers // Appl. Phys. Lett. V. 40. №2. 1982. P. 110-112.

64. Chandra B.P., Khan M.S., Ansari M.H. Cleavage Mechano-luminescence in Crystals // Cryst. Res. Technol., 33, 1998. P. 291-302.

65. Коршунов В.В., Сенчуков Ф.Д., Шмурак С.З. Исследование временных характеристик деформационной люминесценции // Письма в ЖЭТФ. 1971. Т. 13, №8. С. 408-412.

66. Alzetta G., Chella G., Santucci S. Behavior of light emission in mechanically excited ZnS phosphoros. // Physics letters; Vol. 26A. № 2. 1967. P. 94-95.

67. Скармоззино P. О механизме излучения света в трибо-люминесцентных материалах. // Lettere al Nuovo Cimento, 1970. P. 825-827.

68. Sodomka L. To the phenomenological theory of impact triboluminescence //Acta Univ. Carol. Math, et Phys.; v. 14. № 1. 1973. P. 99-103.

69. Sodomka L. Zur Theorie der Tribolumineszeuz // Kristall und Technic. 1972; B7. № 9. S. 975-980.

70. Atari N.A. Piezoluminescence phenomen //Phys.Lett. 1982. v.90A. №1. P. 93-96.

71. Sodomka L. Mechanoluminescence a jeji uziti // Jemna mechanika a optika. 1986. №10. P. 267-271.

72. Chandra B.P., Zink J. Triboluminescence and the dynamics of crystal fracture // Phys. Rev. 1980. В 21. № 21. P. 816-826.

73. Татмышевский K.B. Механолюминесцентные сенсорные элементы. Основы теории, расчета и вопросы проектирования: Учеб. пособие / Владим. гос. ун-т. Владимир, 2004. 136 с.

74. Melton R., Danieley N., Turner T.J. Luminescence of MgO during mechanical deformation // Phys. stat. sol. 1980. A 57. № 2. P. 755 -764.

75. Wolf G., Grass G. Neuere Unters. ber die Tribolumineszeuz // Zeitschift fur Elektrocheme. 1952. № 4-5. S. 420-423.

76. Флерова C.A., Самченко Ю.И. Излучение света кристаллами ВаТЮз под действием одномерного импульсного давления // ФТТ. Т. 14. № 2. 1972. С. 592-594.

77. Bhide M.G., Ayyngar К., Pradhan A.S. Piezoluminescence in activated zinc sulphide // Proc. Symp. Ttiboluminescence and its Appl., Madras. 1975. P. 682-689.

78. Chandra B.P., Meera Ramrakhiani, Ansari M.H., Tiwari S. A search for mechanoluminophors capable of pressure-induced thermal population of excited states // Pranama J. Phys., Vol. 36, № 4. 1991. P. 407-421.

79. Мяздриков O.A. Электрические способы объемной гранулометрии. JT.: Энергия, 1968. - 136 с.

80. Крауя У.Э., Янсонс Я.Л. Механолюминесценция композитных материалов: Методы, аппаратура и результаты исследований. Рига: Зинатне, 1990. - 152 с.

81. Катыс П.Г., Катыс Г.П. Микродатчики и системы, основанные на мехатронных принципах действия // Приборы и системы. №8. 2002 С. 36-41.

82. Распопов В.Я. Терминология, история, применение, технологии микроэлектромеханических систем. // Датчики и системы. №3.2005. С. 17-21.

83. Распопов В.Я. Технология изготовления микроприборов. //Датчики и системы. № 3. 2005. С. 21-26.

84. Адирович Э.И. Некоторые вопросы теории люминесценции кристаллов. М.: Гос. изд-во технико-теоретической литры, 1951.-350 с.

85. Chandra B.P. «Mechanoluminescence», in Luminescence of Solids, editer by Vij D.R. -Plenum Press, New York, 1998. P. 361-389.

86. Гурвич A.M. Введение в физическую химию кристалло-фосфоров. -М.: Высш. Шк., 1982. 376 с.

87. Прикладная электролюминесценция. Под ред.М.В. Фока. М.: Сов. радио, 1974.-416 с.

88. Казанкин О.Н., Марковский Л.Я., Миронов И.А. и др. Неорганические люминофоры. Л.: Химия, 1975. - 192 с.

89. Аксененко М.Д., Бараночников М.Л., Смолин О.В. Микроэлектронные фотоприемные устройства М.: Энергоатомиздат, 1984.- 208 с.

90. Верещагин И.К. Электролюминесценция твердых тел. -М.: Знание, 1981.- 124 с.

91. Шаскольская М.П. Кристаллография. М.: Высш. Шк., 1984.-376 с.

92. Вайнштейн Б.К., Фридкин В.М., Инденбом В.Л. Современная кристаллография. Т. 2. Структура кристаллов. М.: Наука, 1979.-360 с.

93. Шувалов Л.А. и др. Современная кристаллография. Т. 4. Физические свойства кристаллов. М.: Наука, 1981. - 496 с.

94. Физика и химия соединений А2В6. Пер. с англ./ Под ред. С.А. Медведева. М.: Мир, 1970. - 642 с.

95. Антонов-Романовский В.В. Кинетика фотолюминесценции кристаллов. М.: Наука. 1966. - 324 с.

96. Бир Г.Л., Пикус Г.Е. Симметрия и деформационные эффекты в полупроводниках. М.: Наука, 1972. - 496 с.

97. Судзуки Т., Ёсинага X., Такеути С. Динамика дислокаций и пластичность: Пер. с япон. М.: Мир, 1989. - 296 с.

98. Электронные свойства дислокаций в полупроводниках / Под ред. Ю. А. Осипьяна. М.: Эдиториал УРСС, 2000. - 320 с.

99. Гилман Дж. Динамика дислокаций и поведение материалов при ударном воздействии. В сб. переводов: Механика. -М., 1970. №2. С. 96- 124.

100. Тейлор Дж. Динамика дислокаций и динамическая текучесть. В сб. переводов: Механика. - М., 1966. №4. С. 145 - 152.

101. Шалимова К.В. Физика полупроводников. М.: Энерго-атомиздат, 1985. - 384 с.

102. Матаре Г. Электроника дефектов в полупроводниках. -М.: Мир, 1974.-464 с.

103. Нигматулин Р.И., Холин Н.Н. К модели упругопласти-ческой среды с дислокационной кинетикой пластического деформирования//Изв. АН СССР. МТТ. 1974. №4. с. 131 146.

104. Майборода В.П., Кравчук А.С., Холин Н.Н. Скоростное деформирование конструкционных материалов. М.: Машиностроение, 1986. - 264 с.

105. Хирт Дж., Лоте И. Теория дислокаций. М.: Атомиздат, 1972.-600 с.

106. Косевич A.M. Основы механики кристаллической ре-шетки.-М.: Наука, 1972. 280 с.

107. Гилман Дж. Микродинамическая теория пластичности. -В кн.: Микропластичность. М.: Металлургия, 1972. С. 18 - 37.

108. Верещагин И.К., Ковалев Б.А., Косяченко Л.А. и др. Электролюминесцентные источники света. М.: Энергоатомиздат, 1990.- 168 с.

109. Кривцов A.M., Морозов Н.Ф. О механических характеристиках наноразмерных объектов // ФТТ Т. 44. № 12. 2002. С. 2158-2163.

110. Зайченко С.Г., Глезер A.M. Дисклинационный механизм пластической деформации нанокристаллических материалов // ФТТ. Т. 39. № 11. 1997. С. 2023-2028.

111. Иванов В.И., Аксенов А.И., Юшин A.M. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: Справочник. М.: Энергоатомиз-дат, 1988.-448 с.

112. Татмышевский К.В. Механолюминесцентные (светоге-нерационные) сенсорные элементы для современных информационно-измерительных технологий // Микросистемная техника. № 12. 2004. С. 4-10.

113. Бутусов М.М., Галкин С.Л., Оробинский С.П. и др. Волоконная оптика и приборостроение. Л.: Машиностроение. Ле-нингр. отд-ние, 1987.-328 с.

114. Рождественский Ю.В., Вейнберг В.Б., Саггаров Д.К. Волоконная оптика в авиационной и ракетной технике. М.: Машиностроение, 1977. - 168 с.

115. Люминесцентные материалы и химические вещества. Каталог. Черкассы: Отделение НИИТЭХИМ, 1975. - 204 с.

116. Испытательная техника: Справочник / под ред. В.В. Клюева. -М.: Машиностроение, 1982. Кн. 1. 528 с.

117. Ашкрофт Н., Мермин Н. Физика твердого тела. М.: Мир, 1979. Т.2.-424 с.

118. Rode D.L. Electron Mobility in II VI semiconductors // Phys. Rev. 1970. V. 2. № 10. - P. 4036-4044.

119. Гавриленко В.И. и др. Оптические свойства полупроводников. Справочник. К.: Наукова думка, 1987. - 608 с.

120. Францевич И.Н., Воронов Ф.Ф., Бакута С.А. Упругие постоянные и модули упругости металлов и неметаллов. Справочник. К.: Наукова думка, 1982. - 286 с.

121. Лазарев Ю.Ф. MatLAB 5.x. К.: BHV, 2000. - 384 с.

122. Дьяконов В. П. MATLAB: Учебный курс. СПб.: Питер, 2001.-560 с.

123. Ануфриев И.Е. Самоучитель MatLab 5.3/б.х. СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 736 с.

124. Кетков Ю.Л., Кетков А.Ю., Шульц М.М. MATLAB 6.x.: программирование численных методов. СМб.: БХВ - Петербург, 2004.-672 с.

125. Татмышевский К.В. Механолюминесцентный чувствительный элемент: математическая модель и основные характеристики //Датчики и системы. № 1. 2005. С. 10-15.

126. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия: Пер. с англ. М.: Мир, 1989.-510 с.

127. Ионов В.Н., Селиванов В.В. Динамика разрушения деформируемого тела. М.: Машиностроение, 1987. - 272 с.

128. Иосилевич Г.Б. и др. Прикладная механика: Для студ. втузов/ Г.Б. Иосилевич, П.А. Лебедев, B.C. Стреляев. М.: Машиностроение, 1985. - 576с.

129. Справочник конструктора оптико-механических приборов/Под ред. В.А.Панова.- М.: Машиностроение, 1980. 456 с.

130. Майборода В.П., Кравчук А.С., Холин Н.Н. Скоростное деформирование конструкционных материалов. М.: Машиностроение, 1986. - 264 с.

131. Гольдсмит В. Удар и контактные явления при средних скоростях: Сб. Физика быстропротекающих процессов. М.: Мир, 1971. Т. 2. С. 153-201.

132. Уржумцев Ю.С., Майборода В.П. Технические средства и методы определения характеристик конструкций из полимеров. -М.: Машиностроение, 1984.- 168 с.

133. Петушков В.Г., Степанов Г.В. Некоторые закономерности распространения продольных упругих напряжений в стержнях// Пробл. Прочности, 1971. № 1.-С. 78-81.

134. Кильчевский Н.А. Теория соударения твердых тел. К.: Наукова думка, 1969. - 246 с.

135. Сю Н.П. О коэффициенте усиления волн напряжения в сплошных усеченных конусах // Прикладная механика, 1968. № 4. -С. 229-231.

136. Новацкий В.К. Волновые задачи теории пластичности. -М.: Мир, 1978.-308 с.

137. Максимей И.В. Имитационное моделирование на ЭВМ. М.: Радио и связь, 1988. - 232 с.

138. Статистические методы в инженерных исследованиях (лабораторный практикум): Учеб. пособие / Бородюк В.П., Вощи-нин А.П., Иванов А.З. и др.; Под ред. Г.К. Круга. М.: Высш. Шк., 1983. - 216 с.

139. Грановский В.А., Сирая Т.Н. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях. JI.: Энергоатомиздат. Jle-нингр. отд-ние, 1990. - 288 с.

140. Волчихин В.И., Мурашкина Т.И. Проблемы создания волоконно-оптических датчиков //Датчики и системы. №7. 2001. С. 54-58.

141. Мурашкина Т.И., Каршаков В.П., Артемов Ю.А. Волоконно-оптические датчики для внутриобъектовых волоконно-оптических сетей сбора данных// Радиотехника. 1995. №10. - С.29-31.

142. Коптев Ю.Н., Гориш А.В. Волоконно-оптические датчики космического базирования// Радиотехника. №10. 1995. С.7 9.

143. Коптев Ю.Н., Гориш А.В. Датчиковая аппаратура для ракетно-космической техники // Радиотехника. №10. 1995. С.5 6.

144. Гроднев И.И. Волоконно-оптические линии связи. М.: Радио и связь, 1990. - 224 с.

145. Капани Н.С. Волоконная оптика: принципы и применения. М.: Мир, 1969. - 464 с.

146. Бутусов М.М., Галкин СЛ., Оробинский С.П. и др. Волоконная оптика и приборостроение. Л.: Машиностроение. Ле-нингр. отд-ние, 1987.-328 с.

147. Солонина А.И., Улахович Д.А., Яковлев Л.А. Алгоритмы и процессоры цифровой обработки сигналов. СПб.: БХВ-Петербург, 2001. - 464 с.

148. Рабинер Л., Голд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов: Пер. с англ./ Под ред. Ю.Н. Александрова М.: Мир, 1978.-848 с.

149. Ни Yh. Programmable Digital Signal Processors. New York: Marcel Dekker, Inc. 2000. 512 p.

150. Юшин A.M. Оптоэлектронные приборы и их зарубежные аналоги: Справочник. Т.1. М.: РадиоСофт, 1998. - 512 с.

151. Бузанова Л.К., Глиберман А.Я. Полупроводниковые фотоприемники. М.: Энергия, 1976. 64 с.

152. Аксененко М.Д., Бараночников М.Л. Приемники оптического излучения: Справочник. М.: Радио и связь, 1987. - 296 с.

153. Аксененко М.Д., Бараночников М.Л., Смолин О.В. Микроэлектронные фотоприемные устройства. М.: Энергоатомиздат, 1984.-208 с.

154. Микропроцессорные системы и микроЭВМ в измерительной технике: Учеб. пособие для вузов/ А.Г. Филиппов, A.M. Аужбикович, В.М. Немчинов и др. М.: Энергоатомиздат, 1995. -386 с.

155. Прангишвили И.В. Применение микропроцессоров в приборостроении// Приборы и системы управления. 1981. № 2. -С. 48-50.

156. Калабеков Б.А. Микропроцессоры и их применение в системах передачи и обработки сигналов: Учеб. пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1988. - 368 с.

157. УТВЕРЖДАЮ» Проректорjio учебной работе1. АКТоб использовании результатов диссертационной работы ассистента кафедры «Приборостроение и информационно-измерительные технологии»1. Н.Ю. Макаровой

158. Декан факультета радиофизики, электроники и медицинской техники, д-р техн. наук, профессор

159. Заведующий кафедрой «Приборостроение и информационно-измерительные технологии», д-р техн. наук, профессор, Заслуженный деятель науки и техники РФ1. J1.M. Самсоновwirjmwi щтт»f 1} j1. Всигма-ис

160. Использование результатов диссертационной работы Макаровой Н.Ю. позволило значительно повысить надежность систем безопасности, функционирующих в экстремальных условиях и содержащих мехатронные модули.

161. Заместитель Генерального директора ООО «Сигма-ИС» по научной работе, /д.т.н., профессор С.В. Дворянкин

162. Настоящим Актом подтверждается использование в научных и опытно-конструкторских разработках ИТМ и ВТ им. С.А.Лебедева РАН результатов диссертационной работы Макаровой Н.Ю.

163. Считаем, что результаты проведенных работ актуальны для отечественной электронной .промышленности и представляют интерес для предприятий-изготовителей мехатронных устройств и роботов, работающих в экстремальных условиях.

164. Заместитель директора -руководитель департамента вычислительных комплексов и информационных систем ^А Д.С.Северов

165. Технический руководитель проекта rf^^db. В.И.Клепиков