WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
 
<< ГЛАВНАЯ [ АГРОИНЖЕНЕРИЯ ] [ АСТРОНОМИЯ ] [ БЕЗОПАСНОСТЬ ] [ БИОЛОГИЯ ] [ ЗЕМЛЯ ] [ ИНФОРМАТИКА ] [ ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ ] [ ИСТОРИЯ ] [ КУЛЬТУРОЛОГИЯ ] [ МАШИНОСТРОЕНИЕ ] [ МЕДИЦИНА ] [ МЕТАЛЛУРГИЯ ] [ МЕХАНИКА ] [ ПЕДАГОГИКА ] [ ПОЛИТИКА ] [ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ ] [ ПРОДОВОЛЬСТВИЕ ] [ ПСИХОЛОГИЯ ] [ РАДИОТЕХНИКА ] [ СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО ] [ СОЦИОЛОГИЯ ] [ СТРОИТЕЛЬСТВО ] [ ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ ] [ ТРАНСПОРТ ] [ ФАРМАЦЕВТИКА ] [ ФИЗИКА ] [ ФИЗИОЛОГИЯ ] [ ФИЛОЛОГИЯ ] [ ФИЛОСОФИЯ ] [ ХИМИЯ ] [ ЭКОНОМИКА ] [ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА ] [ ЭНЕРГЕТИКА ] [ ЮРИСПРУДЕНЦИЯ ] [ ЯЗЫКОЗНАНИЕ ] [ РАЗНОЕ ] КОНТАКТЫ
Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.

Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.

Авторефераты диссертаций  >>  Авторефераты по Информатике

Метод моделирования чувствительных элементов датчиков на основе фрактального подхода (

На правах рукописи

ШИКУЛЬСКАЯ ОЛЬГА МИХАЙЛОВНА

МЕТОД МОДЕЛИРОВАНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДАТЧИКОВ НА ОСНОВЕ ФРАКТАЛЬНОГО ПОДХОДА

(

Специальности:

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и
комплексы программ,

05.13.05 – Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Астрахань – 2009

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Астраханский государственный университет» и в федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Астраханский государственный технический университет»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Петрова Ирина Юрьевна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ураксеев Марат Абдулович;

доктор технических наук, профессор

Прохоров Сергей Антонович;

доктор технических наук, профессор

Чувыкин Борис Викторович.

Ведущее предприятие: Государственное учреждение «Научно-исследовательский институт микроэлектроники и информационно-измерительной техники Московского Государственного института электроники и математики (технического университета)» (ГУ «НИИ МЭИИТ МИЭМ»)

Защита состоится "25" сентября 2009 г. в 10 часов минут на заседании диссертационного совета ДМ 212.009.03 при ГОУ ВПО «Астраханский государственный университет» по адресу: 414056, г. Астрахань, ул. Татищева, 20а.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по адресу: 414056, г. Астрахань, ул. Татищева, 20 «а», АГУ, секретарю диссертационного совета ДМ 212.009.03.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Астраханский государственный университет»

Автореферат разослан " ___ " ____________ 2009 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета

кандидат технических наук О.В. Шербинина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Необходимость поддержания высокой надежности и безаварийности сложных технических систем вынуждает разработчиков увеличивать число контролируемых параметров и, как следствие, применять множество разнообразных датчиков физических величин. Многообразие измеряемых параметров, конструктивных особенностей, принципов действия, используемых материалов; масштаб, комплексность и сложность задач проектирования современных измерительных устройств; непрерывный рост требований к учету все большего числа взаимосвязанных факторов, к сокращению времени на решение этих задач требуют системного подхода к анализу и синтезу датчиков и их элементов. С другой стороны, специфика математического языка описания различных явлений и процессов, на которых основан принцип действия датчиков, ограниченность доступа к информации по физическим эффектам и возможности ее полного использования в силу человеческого фактора существенно затрудняет разработку новых датчиков с требуемыми эксплуатационными характеристиками.

Качество проектных решений во многом определяется результатами начальных этапов проектирования (стадии технического зада­ния и технического предложения), на которых принимаются основополагающие решения о структуре и принципе действия разрабатываемого устройства. Начальные этапы проектирования характеризуются переработкой значительных объемов информации, большим количеством прорабатываемых вариантов реализации. Решение этих задач во многом определяется тем, как будет обеспечен разработчик новыми информационными технологиями, усиливающими его интеллектуальные возможности, позволяющими автомати­зировать процессы поиска и обработки информации на основе применения системного подхода к разработке датчиков и их элементов на основе обобщенного представления о классе объектов. Созданию этих технологий посвящены работы таких исследователей, как В.М.Цуриков, Э.М. Шмаков, Р.Коллер, С.Лу, А.И.Половинкин, В.А.Камаев, В.Н.Глазунов, А.М. Дворянкин, С.А. Фоменков и др.

Задачи разработки единых принципов и концепции автоматизированной системы поискового проектирования успешно решены на основе теории энерго-информационных моделей цепей (ЭИМЦ) в работах профессоров М.Ф.Зарипова и И.Ю.Петровой. Эта теория обеспечивает рассмотрение явлений различной физической природы с помощью уравнений, инвариантных к самой физической природе; графическое представление принципа действия чувствительных элементов систем управления (ЧЭ СУ); получение аналитических зависимостей одной величины от другой; возможность относительно простой автоматизации поиска новых технических решений. Однако выявлен ряд проблем применения теории ЭИМЦ, значительно сужающих область синтезируемых устройств. Причиной этих проблем является ряд вводимых ограничений вследствие недостаточно эффективной структуры синтезируемых систем, использующих элементы одного уровня декомпозиции. Усовершенствовать процесс поискового проектирования датчиков и их чувствительных элементов можно на основе теоретических положений моделирования их физического принципа действия (ФПД) с использованием фрактального подхода к описанию протекающих в них процессов, позволяющих алгоритмизировать процесс поиска новых технических решений. Создание более эффективного подхода к анализу и синтезу чувствительных элементов датчиков (ЧЭД) и разработка на его основе математического, алгоритмического и программного обеспечения для автоматизации начальных этапов проектирования является актуальной научной проблемой, имеющей важное хозяйственное значение.



Диссертационное исследование проводилось в соответствии с направлением научной школы Астраханского государственного университета (АГУ) «Энерго-информационный метод анализа и синтеза элементов информационно-измерительных и управляющих систем» и тематикой госбюджетных НИР Астраханского государственного технического университета (АГТУ) «Разработка методологических основ и инструментальных средств для создания интегрированных баз знаний», «Теоретический анализ и математическое моделирование информационных систем».

Объектом исследования является физический принцип действия (ФПД) ЧЭД.

Предмет исследования — методы, модели, алгоритмы и программы для анализа и синтеза ЧЭД.

Цель исследования — разработка новых методов и инструментальных средств для анализа и синтеза ФПД ЧЭД на основе фрактального подхода к описанию процессов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

  1. Разработать концепцию моделирования ФПД ЧЭД на основе фрактального подхода к описанию явлений и процессов.
  2. Разработать концептуальную модель ФПД ЧЭД, инвариантную к физической природе и степени детализации используемых процессов и явлений.
  3. Определить совокупность критериев оценки качества синтезируемых ЧЭД и разработать расчетные соотношения для их вычисления.
  4. Разработать метод фрактальной интерпретации ФПД датчиков и их элементов на основе анализа ретроспективной и текущей информации.
  5. Разработать алгоритмическое и программное обеспечение для анализа и синтеза ЧЭД, реализующих их моделирование на основе фрактального подхода к описанию процессов.
  6. Реализовать разработанные теоретические положения для элементов выбранного класса датчиков.
  7. Реализовать разработанные методы и алгоритмы в виде комплекса проблемно-ориентированных программ для проведения вычислительного эксперимента.

Методы исследования: для решения поставленных задач в работе использованы методы теории энерго-информационных моделей цепей (ЭИМЦ) и аппарата параметрических структурных схем (ПСС), математического моделирования, теории фракталов, функционального анализа, теории графов, теории систем и системного анализа, общей теории чувствительности и погрешностей, теории электрических цепей, теории упругости, поискового проектирования.

Достоверность и обоснованность диссертационных исследований определяются корректным применением методов исследований, адекватность моделей подтверждается сравнением полученных результатов с имеющимися точными решениями, успешным использованием результатов работы в различных организациях, что отображено в актах внедрения.

Научная новизна работы:

  1. Создана концепция моделирования физического принципа действия ЧЭД на основе фрактального подхода к описанию явлений и процессов, которая позволила за счет эффективной топологии структуры модели ФПД ЧЭД исключить ряд ограничений, вводимых в теории ЭИМЦ, что обеспечило расширение области синтезируемых решений и повышение адекватности моделей.
  2. Создана концептуальная модель ФПД ЧЭД для формализованного описания явлений и процессов различной физической природы, отличительной особенностью которой является инвариантность к степени их детализации, что позволило разработать эффективную структуру базы данных, алгоритмы для машинного синтеза новых технических решений и расчета их выходных параметров, а также модели конкретных датчиков.
  3. Получены новые расчетные соотношения для определения критериев качества, отождествляемых с эксплуатационными характеристиками (точность, чувствительность, диапазон измерения, нелинейность), для элементарных типовых соединений звеньев, используемые в эффективном универсальном рекурсивном алгоритме расчета выходных параметров датчика.
  4. Создан новый комплексный метод фрактальной интерпретации ФПД датчиков и их элементов на основе анализа ретроспективной и текущей информации, обеспечивающий моделирование ФПД ЧЭД на основе фрактального подхода.
  5. На основе фрактальной интерпретации ФПД ЧЭД разработана универсальная модель плоской мембраны фрактальной структуры, учитывающая различные виды нагрузки и анизотропность свойств материала, предназначенная для расчета критериев качества, отождествляемых с эксплуатационными характеристиками, с целью использования этой информации для синтеза новых технических решений и предварительного подбора параметров плоской мембраны (материала и размеров) при ее проектировании.
  6. Разработан численный метод расчета выходных параметров линии с распределенными параметрами и распределенными величинами на основе использования матриц с элементами фрактальной структуры, позволивший применять электронные таблицы.

Перечисленные результаты характеризуются системным подходом и образуют комплекс, определяющий создание основ теории чувствительных элементов датчиков различной физической природы с варьируемой степенью их детализации для систем управления.

Практическая ценность работы заключается в том, что полученные теоретические результаты явились основой для создания программного и информационного обеспечения оригинальной системы поискового проектиро­вания новых технических решений, использование которой позволило разработать новые конструкции датчиков. При этом наибольшую практическую ценность представляют следующие результа­ты:

  1. На основе полученных теоретических положений разработано информационное, алгоритмическое и программное обеспечение для анализа и синтеза ФПД ЧЭД, позволяющее существенно повысить качество проекти­рования за счет расширения области синтезируе­мых решений и повышения точности расчета критериев качества, отождествляемых с эксплуатационными характеристиками, предназначенных для количественно­го сравнения синтезируе­мых вариантов принципа действия.
  2. Использование новой информационной технологии поискового проектирования позволило разработать конструкции технических устройств: интегральный микромеханический тензорезисторный акселерометр-клинометр и совмещенный волоконно-оптический датчик давления и температуры (устройства запатентованы).
  3. На основе созданной универсальной модели плоской мембраны разработана инженерная методика, алгоритмическое и программное обеспечение для ее расчета.
  4. На примере плоской мембраны показано, что на основе использования предложенного подхода могут быть рассчитаны и проанализированы выходные параметры ЧЭД. Сравнение с классическими методами расчета показало хорошее совпадение результатов при значительном сокращении времени расчета.

Реализация результатов работы. Программные разработки автора внедрены в Научно-исследовательском институте физических исследований и вычислительной техники (г. Пенза), в ОАО КБЭ XXI века (г. Сарапул), в ФГУП ПКТБ «Вихрь» Внедрение программного обеспечения позволяет автоматизировать синтез ФПД датчиков нового поколения, сократить время проектирования датчиков давления и их элементов в несколько раз с соответствующим повышением производительности труда, повысить качество научных изысканий и сократить время проведения научно-исследовательских работ. Разработки автора используются в учебном процессе в Астраханском государственном университете (АГУ) и Московском государственном институте электроники и математики (МИЭМ) при преподавании дисциплин, связанных с изучением проектирования технических систем.

На защиту выносятся

  1. Концепция моделирования ФПД ЧЭД на основе фрактального подхода к описанию явлений и процессов, позволившая исключить ряд ограничений, вводимых в теории ЭИМЦ, за счет эффективной топологии структуры ФПД ЧЭД, что обеспечивает расширение области синтезируемых решений и повышение адекватности их моделей.
  2. Концептуальная модель ФПД ЧЭД для формализованного описания явлений и процессов различной физической природы, инвариантная к степени их детализации.
  3. Новые расчетные соотношения для определения критериев качества, отождествляемых с эксплуатационными характеристиками, для элементарных типовых соединений звеньев, используемые в рекурсивном алгоритме их расчета.
  4. Новый комплексный метод фрактальной интерпретации ФПД датчиков и их элементов на основе анализа ретроспективной и текущей информации, обеспечивающий моделирование ФПД ЧЭД на основе фрактального подхода
  5. Универсальная модель плоской мембраны фрактальной структуры, учитывающая различные виды нагрузки и анизоотропность свойств материала, предназначенная для расчета критериев качества, отождествляемых с эксплуатационными характеристиками.
  6. Новый численный метод расчета линии с распределенными величинами и распределенными параметрами на основе использования матриц с элементами фрактальной структуры, позволивший применять электронные таблицы.
  7. Информационное, алгоритмическое и программное обеспечение для анализа и синтеза ФПД ЧЭД.
  8. Синтезированные с использованием разработанного программного обеспечения датчики с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Апробация работы. Материалы, входящие в диссертацию, обсуждались на II Международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии в региональной инфраструктуре» (Астрахань, 1995), XL-XLII, XLVII-XLVIII научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава (Астрахань, 1996-1998, 2003, 2004), IX научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления». Датчик-97 (Гурзуф, 1997), III Международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии в региональной инфраструктуре» (Астрахань, 1997), Международном форуме по проблемам науки, техники и образования (Москва, 1999), XVII, XVII международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях — ММТТ-17, 18» (Кострома, 2004, Астрахань, 2005), на международной конференции «Информационные технологии в образовании, технике и медицине» (Волгоград, 2006), III Всероссийской научно-практической конференции (Анжеро-Суджинск), научно-технической конференции «Технологии информатизации профессиональной деятельности (в науке, образовании, промышленности)» с международным участием в рамках форума «Высокие технологии - 2004» (Ижевск, 23-26 ноября 2004), IV-XIII Всероссийской научно-практической конференции (Томск, 18-19 нояб. 2005 – 14-15 мая 2009), Международной научно-практической конференции «Электронный университет как условие устойчивого развития региона», X Всероссийской научно-практической конференции «Научное творчество молодежи» (Томск, 21-22 апреля 2006), конференции «Тенденции развития современных информационных технологий, модели экономических, правовых и управленческих систем» (Рязань, 22 марта 2006), международных симпозиумах «Надежность и качество 2006, 2007, 2008, 2009» (Пенза, 22-31 мая 2006, Пенза, 21-31 мая 2007, 26-31 мая 2008, 25 – 30 мая 2009), научно-практических конференциях «Инновации в условиях развития информационно-коммуникационных технологий (Инфо-2006, 2007)» (Сочи, 1-10 октября 2006, Сочи, 1-10 октября 2007).

Публикации. Основные теоретические и прикладные результаты дис­сертационной работы изложены в трех монографиях, 25 статьях в цен­тральных научно-технических журналах, рекомендуемых ВАК РФ, 54 стать­ях и трудах международных научных конференций. Имеется 5 свидетельств об официальной регистрации программ для ЭВМ, 2 патента на изобретения, 2 патента на полезную модель.

В работах, опубликованных в соавторстве, личное участие автора заключается в определении проблемы, постановке задач, разработке тео­ретических положений и алгоритмов.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 6 глав, заключения, библиографического списка из 401 наименования и приложений. Основная часть работы изложена на 320 страницах машинописного текста.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе показано, что для ускорения темпов производства датчиков по количеству и номенклатуре требуется автоматизация процесса проектирования, особенно на начальном этапе, основными задачами которого являются синтез и выбор проектно-конструкторских решений ЧЭД на основе сравнительного анализа большого количества альтернативных вариантов.

Анализ трудов, посвященных решению этих задач, показал, что в работах Р.Коллера, Э.М. Шмакова, С.Лу, В.М.Цурикова созданы слабо-структурированные модели, предназначенные для решения ограниченного круга задач, в работах А.И.Половинкина, В.А.Камаева, В.Н.Глазунова, А.М.Дворянкина, С.А.Фоменкова системы предназначены для синтеза технических устройств (ТУст) широкого назначения, однако имеются трудности в создании математических моделей описания синтезированных вариантов ФПД и оценки их эксплуатационных характеристик, что не позволяет проводить количественное сравнение этих вариантов. Эти проблемы решены в теории ЭИМЦ (М.Ф. Зарипов, И.Ю Петрова). В соответствии с энерго-информационным методом любая конструкция первичного измерительного преобразователя может быть исследована с помощью модели, описывающей её ФПД в виде совокупности цепей различной физической природы, взаимодействующих между собой. Цепь любой физической природы представляет собой соединение элементов преобразования, основанных на унификации представления информации о различных классах физических явлений. Все элементарные преобразования делятся на внутрицепные и межцепные. Эле­ментарные явления определенной физической природы (оптиче­ской, электрической, тепловой, магнитной, механической, диффу­зионной, акустической и т. д.) представляют собой внутрицепные эффекты. Для внешнего описания процесса служат величины. Они характеризуют внешнее воздействие на цепь данной природы и ее реакцию на это воздействие. Параметры характеризуют относительную неизменность материальной среды, в которой протекают физические процессы. Энерго-информационная модель опери­рует следующими величинами: U - воздействие, / - реакция, Q - заряд; Р - импульс. В качестве обобщенных параметров информационной модели при­няты: R - сопротивление, G = 1/R - проводимость, С - емкость, W = 1/C - жесткость, L - индуктивность, D = 1/L - дедуктивность. Для выявления величин и параметров в цепях различной фи­зической природы используются шесть прямых и шесть производных критериев, которые пред­ставляют собой элементарные зависимости между величинами и параметрами внутри цепи одной физической природы. Используя критерии ЭИМЦ, мож­но представить все возможные преобразования величин внутри од­ной цепи. Взаимодействие цепей различной физической природы в тех­нических устройствах отражается с помощью межцепных зависи­мостей, которые в рамках энерго-информационной модели обозна­чаются собственно как физико-технические эффекты (ФТЭ). Использование четырех величин и шести параметров позволяет формализовать описание ФПД технического устройства в виде параметрической структурной схемы (ПСС). Каждое элементарное звено такой схемы отражает одно преобразование. Элементарное звено структурной схемы изображается в виде прямоугольника с обозначением входной и выходной величин. Внутри прямоуголь­ника записывается коэффициент передачи звена для межцепного эффекта или параметр для внутрицепного. Энерго-информационный метод позволяет описывать явления и процессы различной физической природы с помощью уравнений, инвариантных к самой природе.

Однако, в настоящее время в связи с появлением новых уникальных возможностей, предоставляемых использованием современных технологий и материалов, возникли задачи, которые нельзя решить на основе теории ЭИМЦ. Это является следствием устанавливаемых ограничений на синтез: только последовательное и параллельное соединение звеньев синтезируемого ТУст, недопустимость дублирования при синтезе одинаковых величин одной и той же физической природы, приближенное описание элементарных преобразований линейной зависимостью.

Ограничение на синтез технических систем (ТС) только с последовательным и параллельным соединением звеньев связано с практической невозможностью автоматизации синтеза всех возможных вариантов ТС топологии структуры сетевого типа, которой может быть описан ФПД любого датчика. Теоретически возможен структурно-параметрический синтез такой системы на основе применения орграфов. Число возможных орграфов, содержащих V вершин, составит . В теории ЭИМЦ количество возможных вершин такого орграфа, определяемое как произведение количества видов величин на количество видов физической природы явлений, равно 36. Практически синтезировать соответствующее количество графов современными средствами вычислительной техники в обозримые сроки невозможно. Второе ограничение обусловлено тем, что повторное использование при синтезе одинаковых величин одной и той же физической природы может привести к зацикливанию программы. Приближенное описание элементарных преобразований линейной зависимостью позволяет использовать простой универсальный алгоритм расчета критериев качества синтезированных ТУст.





Следствием устанавливаемых ограничений является невозможность синтеза систем сложной структуры, в частности, многофункциональных датчиков; синтеза преобразователей с улучшенными эксплуатационными характеристиками на основе схемных решений; синтеза структур, содержащих аналогичные фрагменты цепей, например, элементов с распределенными параметрами. Приближенное описание элементарных преобразований одной физической величины в другую линейной зависимостью в отдельных случаях значительно снижает точность определения критериев качества ТС и может привести к ошибкам при выборе лучших решений. Выявленные проблемы ограничивают область получаемых решений и делают невозможным синтез преобразователей нового поколения.

Снять перечисленные ограничения можно посредством использования такой топологии структуры синтезируемых ТС, которая позволила бы применять простые эффективные алгоритмы синтеза. Введение паттернов (составных структурных компонентов синтеза) позволило расширить область синтезируемых технических устройств, однако не обеспечило решение всех проблем. Значительного упрощения систем можно достигнуть посредством использования иерархических самоподобных структур на основе фрактального подхода. Для реализации такого подхода теорию фракталов необходимо адаптировать к данной предметной области с учетом ее специфики.

Этим обусловлена актуальность исследований, направленных на создание фрактального подхода к описанию процессов преобразования в ЧЭД с целью их анализа и синтеза. Использование такого подхода позволит повысить эффективность и качество проектирования датчиков за счет расширения области синтезируемых решений, повышения точности вычисления критериев качества, обусловленного учетом нелинейности преобразований, и сокращения объема макетирования и натурных испытаний.

Во второй главе разработана концепция моделирования физического принципа действия ЧЭД на основе фрактального подхода к описанию явлений и процессов и механизмы ее реализации. Концепция основана на системном подходе, сочетающем математическое моделирование процессов в техническом устройстве, инвариантное к их физичес­кой природе и степени детализации, с возможностью структурного описания его ФПД. Центральным понятием концепции является функциональный фрактал (ФФ). Это понятие введено впервые. ФФ — это аналитическая модель с графической интерпретацией физического принципа действия ЧЭД, инвариантная к физической природе и степени детализации описываемых явлений и процессов. В ФФ ФПД ЧЭД разложен на ряд иерархических уровней по степени подробности отражения преобразований на основе использования одних и тех же принципов декомпозиции, точно или приближенно обеспечивающих масштабную инвариантность системы.

Теория ЭИМЦ оперирует как количественными показателями (величины, параметры, ФТЭ), так и качественными (виды физической природы процессов и явлений), поэтому фракталы, полученные на основе отображений подобия на метрическом пространстве, в своем классическом представлении не могут быть использованы для этой цели. Следовательно, теорию фракталов необходимо адаптировать к данной предметной области: определить пространство отображений, операнды, операторы и механизм формирования ФФ.

Для описания пространства отображений определим множество VPI величин различной физической природы явлений из элементов (v, p, i), где v — величина, p — природа, i — индекс величины. Введение индекса величины позволит однозначно идентифицировать одинаковые по виду величины одной и той же физической природы, используемые в общем преобразовании.

Определим над элементами множества VPI бинарное отношение r — некоторое правило, по которому каждый элемент связывается с другим элементом (). Совокупность пар элементов множества VPI, находящихся в бинарном отношении r друг к другу, образует множество элементарных звеньев Z ={zi | i=1, 2,…, n}. Элементарное звено, как и в теории ЭИМЦ, определяет элементарное преобразование. Элементарные звенья являются операндами отображений. Множество элементарных звеньев Z по аналогии с теорией ЭИМЦ разбито на три класса:

  • физико-технические эффекты (ФТЭ) — для описания межцепных преобразований;
  • параметры — для описания внутрицепных преобразований;
  • дополнительные звенья суммирования, вычитания величин.

Для выявления зависимости величин и параметров ФФ от реальных физических величин используются основные и производные критерии теории ЭИМЦ.

В цепях ФПД ТУст элементарные звенья соединяются между собой по определенным правилам. Правила определяются видом соединения. Зададим конечное множество элементарных типовых соединений S = {Si| i = 1,..., N}, сочетание которых позволяет получить любую сложную структуру. Эти типовые соединения звеньев с совокупностью аналитических соотношений для определения выходных параметров ФФ играют роль операторов преобразований.

Для формализованного описания явлений и процессов в цепях различной физической природы с варьируемой степенью детализации с целью дальнейшего использования этой информации для синтеза новых технических решений и расчета их выходных параметров разработана концептуальная модель ФПД ЧЭД в виде ФФ (рис. 1).

ФФ как система иерархической структуры включает четыре уровня: мета-, макро-, мезо- и микро-уровень. При переходе с более высокого иерархического уровня на более низкий производится декомпозиция процесса преобразования. При этом степень подробности его описания возрастает. Мета-уровень позволяет рассматривать ТС в двух системах отношений: природы и общества. В природной системе ТС количественно характеризуется совокупностью контролируемых параметров и параметров окружающей среды, определяющих ограничения и условия эксплуатации системы. В общественной системе отношений, реализуемой лицом, принимающим решения (ЛПР), ТС характеризуется набором показателей, определяющим ее потребительскую ценность — критериев качества, используемых для оптимизации синтезированных решений. На макро-уровне модель ФПД в виде черного ящика, на микро-уровне устанавливается связь между реальными параметрами и величинами и их универсальными аналогами и на основе введенных в теории ЭИМЦ основных и производных критериев. Мезо-уровень занимает промежуточное положение между макро- и микро-уровнями и сам является многоуровневым. Степень детализации описания ФПД зависит от требуемой достоверности и точности модели и определяет ее адекватность.

Концептуальная модель ФПД ЧЭД в виде функционального фрактала В-4

Рис. 1. Концептуальная модель ФПД ЧЭД в виде функционального фрактала

В качестве показателей, определяющих потребительскую ценность синтезируемого ТУст и используемых для оптимизации полученных решений, на мета-уровне концептуальной модели предложено (по аналогии с теорией ЭИМЦ) использовать критерии, отождествляемые с эксплуатационными характеристиками, такими как точность, чувствительность, диапазон измерения, нелинейность, надежность, цена, вес.

Для ФФ введены два типа самоподобия: жесткое самоподобие (ЖС) — самоподобие, связанное инвариантностью относительно масштабных преобразований, и нежесткое (ковариантное) самоподобие (НС), предполагающее неединообразное преобразование фрагмента во все множество. ЖС означает идентичность структуры соединения звеньев системы на всех уровнях иерархии. ФФ с НС обладают масштабной инвариантностью приближенно. НС заключается в том, что разбиение элементов системы на каждом уровне иерархии подчиняется одним и тем же принципам декомпозиции: каждый составной элемент может иметь структуру только одного из типовых соединений из множества S. Такой подход обеспечивает рациональную структуру базы данных и простоту и универсальность алгоритмов расчета выходных параметров модели. ФФ на основе принципа НС включает в себя ФФ с ЖС. Функциональный фрактал с ЖС имеет некоторую специфику. Модель ФПД ЧЭД в виде функционального фрактала на основе принципа ЖС (рис.2) отражает вложенность подобных структурных элементов.

ФФ с ЖС состоит из основы (фрагмента ЭИМЦ) и образую­щего эле­мента (фраг­мента ЭИМЦ, по­вторяющегося при каждом уменьшении мас­штаба). Примеры образующих элементов ФФ с ЖС приведены на рис.3 и рис.4.

Обозначения на рис. 3, 4: ОЭ — образующий элемент, , , , , — величины, , — коэффициенты передачи, i —номер звена, величины , — соответственно воздействие и реакция i-го звена, параметры и — соответственно погонная эффективная проводимость и погонное эффективное сопротивление. Эффективные параметры учитывают обратные связи.

Ос­нова и образующий элемент ФФ с ЖС могут быть образо­ваны сочетанием различных ти­повых соединений звеньев, т.е. могут быть представлены в виде функционального фрактала с НС. В общем случае ФФ ФПД преобразователя включает в себя элементы с жестким и нежестким самоподобием. Генерация функциональ­ного фрактала с жестким самоподобием основана на итерации отображений подобия. Для получения каждого последующего поколения функционального фрактала, его элементы заменяются образующим элементом в соответствии с порождающими правилами. Количество итераций определя­ется диапазоном изменения масштаба.

Диапазон изменения масштаба ФФ с НС определяет коли­чество уровней иерархии. Диапазон изменения масштаба для ФФ, в отличие от геометрического фрактала, не бесконечен. На нижней границе масштаба пре­образования (нулевой уровень) — модель ФПД ЧЭ в виде «черного ящика», на верхней — ЭИМЦ. Граница ФФ функционально зависима. Изменение нижней границы ФФ позволяет «отщеплять» любые его фрагменты и использовать их для синтеза ФПД ТУст, изменение верхней границы позволяет «дробить» элементарные звенья.

Концептуальная модель ФПД ЧЭД представляется кортежем:

МF = ‹ Р, Bвх, Bвых, F1, F2 › (1)

где Р – объект моделирования (ФПД преобразователя); Bвх – совокупность вход­ных параметров модели (физическая природа, входные величины, средние значе­ния эксплуатационных характеристик звеньев, параметры образующего элемента, диапазон изменения масштаба – , физические законы); Bвых  – совокупность выходных параметров модели (значения выходной величины и эксплуатационных характеристик модели для каждого уровня); F1 – функция преобразования входных универсальных параметров ФФ в выходные, определяемая его структурой; F2 – функциональная зависимость между реальными физическими величинами и их универсальными аналогами на микро-уровне модели.

ФФ на основе принципа ЖС может быть описан, системой отображений подобия , а на основе принципа НС — , где n — диапазон изменения масштаба, m — количество элементов на уровне иерархии, xi может быть критерием каче­ства, отождествляемым с эксплуатационной характеристикой, величиной, пара­метром. Система отображений подобия аналогична системе итерированных функций в теории фракталов. Отличие состоит в том, что про­странство отображений не является метрическим, а диапазон изменения масштаба конечен.

Принцип фрактальности позволяет использовать рекурсию для получе­ния функции F1 преобразования входных универсальных параметров ФФ в выходные (2):

(2)

где s – код структуры блока (0 - простой, 1 - составной); j – номер вида соединения из множества S типовых элементарных соединений; n – количество уровней иерархии; m(n) – количество блоков на каждом уровне иерархии, начиная с нижнего; i – порядковый номер блока на рассматриваемом уровне иерархии; k – номер эксплуатационной характеристики; A=fk(i,n,j) – значение k-й эксплуатационной характеристики i-го блока уровня иерархии n j-го вида соединения элементов декомпозиции блока.

Для ФФ на основе ЖС j =const. Функция F2 может быть получена на основе основных и производных критериев, разработанных в теории ЭИМЦ.

Разработанные ранее теоретические положения органически сочетаются с предложенным подходом и могут рассматриваться как его частные случаи: ЭИМЦ — как ФФ с диапазоном изменения масштаба от 0 до 1, паттерн — от 0 до 2.

Механизм построения ФФ реализован на основе комплексного метода фрактальной интерпретации ФПД датчиков и их элементов на основе анализа ретроспективной и текущей информации, алго­ритма итерационного построения ФФ по ЭИМЦ преобра­зователя, расчетных соотношений для определения критериев качества ТС с типовым соединением звеньев из множества S, рекурсивного ал­горитма расчета выходных параметров ФФ.

Комплексный метод фрактальной интерпретации ФПД датчиков и их элементов на основе анализа ретроспективной и текущей информации объединяет исполь­зуемые в теории ЭИМЦ приемы анализа способов достижения требуемых экс­плуатационных характеристик и методы анализа цепей различной физической природы и построения ЭИМЦ, и дополняет их итерационной процедурой иден­тификации самоподобных структур. Он включает в себя три этапа:

  1. Идентификацию общих структурных элементов, используемых в различ­ных датчиках, и приемов достижения требуемых эксплуата­ционных характеристик на основе ретроспективного и текущего анализа патентной и научно-технической литературы,
  2. Энерго-информационное моделирование общих структурных элементов, используемых в различных датчиках, и элементов, реализующих приемы достижения требуемых эксплуатационных характеристик.
  3. Идентификацию самоподобных структур в разработанных ЭИМЦ и по­строения на их основе ФФ.

На первом этапе на основе анализа ретроспективной и текущей патентной и научно-технической выявляются общие структурные элементы различных ТУст и эф­фективные приемы достижения требуемых эксплуатационных характеристик.

На втором этапе реализуется энерго-информационное моделирование ФПД общих структурных элементов, используемых в различных устройствах, и элементов, реализующих приемы достижения требуемых эксплуатационных ха­рактеристик с помощью основных и дополнительных критериев теории ЭИМЦ.

На третьем этапе осуществляется идентификация самоподобных структур на основе анализа разработанных ЭИМЦ, построение на их основе ФФ. Процедура идентификации самоподобных структур реализуется на основе алгоритма итерационного построения ФФ по ЭИМЦ датчика. Каждая итерация пред­полагает формирование уровня иерархической модели, начиная с последнего, путем распознавания типовых структур из множества S в схеме каждого уровня ФПД ТУст, и замены их составным структурным элементом – блоком.

Для формирования множества S на основе анализа патентной и научно-технической литературы выявлены и систематизированы возможные типовые элементарные соединения звеньев, известные расчетные соот­ношения для определения выходных параметров систем типовой структуры, выведены недостающие расчетные соотношения. В теории ЭИМЦ диапазон измерений использовался только с целью исключения сгенерированных цепей, содержащих соединение элементов с непересекающимися диапазонами. В предложенном методе расчета диапазона измерений, кроме основных, введены дополнительные показатели для сравнительной оценки ФФ по данному критерию.

Для расчета критериев качества всех структурных элементов ФФ на основе рекурсивной функции (2) разработан рекурсив­ный алгоритм расчета выходных параметров ФФ.

На основании анализа патентной и научно-технической литературы оп­ределен класс датчиков для реализации разработанных теоретических положений — микроэлектронные и волоконно-оптические датчики давления. Выбор обусловлен актуальностью задачи измерения давления, перспективно­стью и уникальными возможностями, предоставляемыми применением микро­технологии и волоконной оптики, невозможностью автоматизации синтеза та­ких ТУст на основе известных методов поискового проектирования, универ­сальностью реализуемых в конструкциях методов преобразования (14 тысяч различных конструкций дат­чиков давления реализуют восемь основных мето­дов преобразования).

В третьей главе в соответствии с первым этапом комплексного метода фрактальной интерпретации ФПД первичных измерительных преобразователей и их элементов на основе ретроспективной и текущей информации установлено, что общим упругим чувствительным элементом большинства микроэлектронных дат­чиков давления является плоская мембрана. ФФ ФПД этого чувствительного элемента может быть использован для синтеза новых датчиков.

В соответствии со вторым этапом комплексного метода идентификации ФФ на основе теории ЭИМЦ, первого и второго законов Кирхгофа, закона Ома, закона Гука для двухосного напряженного состояния разработаны энерго-информационные модели деформации плоской мембраны для трех вариантов нагрузки: сосредоточенным в центре усилием, давлением, а также их сочетанием.

На третьем этапе комплексного метода выявляются самоподобные структуры в разработанных ЭИМЦ и строятся на их основе ФФ с использованием алгоритма итерационного построения ФФ по ЭИМЦ преобразователя.

Для первого случая нагрузки ФФ идеальной упругой линии с распределенными параметрами может быть получен на основе разработанного ранее образующего элемента линии с распределенными параметрами (см. рис. 2) путем замены комплексных эффективных погонных параметров сопротивления и проводимости соответственно на жесткость и емкость .

Для моделирования второго и третьего вариантов нагрузки мембрана разбивается осевыми и цилиндрическими сечениями на элементы, а распределенное давление заменяется сосредоточенными на этих элементах воздействиями
(рис. 5). Исследуемая по радиусу мембрана представляет собой упругую линию с распределенными параметрами и распределенными величинами. Автором впервые введено понятие линии с распределенными параметрами и величинами.

Графическая интерпретация разработанного ФФ деформации плоской мембраны (FFDPM) представлена в виде дерева, контекстных диаграмм с декомпозициями различных его узлов и полной контекстной диаграммы (рис. 6-9), аналитическое описание — формулами (3-13).

Усилия в плоской мембране: а) внешние усилия, б) элемент плоской-23

Рис. 5. Усилия в плоской мембране:

а) внешние усилия, б) элемент плоской мембраны, в) внутренние усилия

Рис. 6. Дерево функционального фрактала деформации плоской мембраны FFDPM = ‹ Р, Bвх, Bвых, F, PV › (3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8) (9)
(10) (12)
(11) (13)

где Р – объект (плоская мембрана); Bвх – входные параметры модели (физическая природа и значение входной величины, значения эксплуатационных характеристик звеньев); Bвых  – выходные параметры модели (значения выходной величины и эксплуатационных характеристик модели для каждого уровня); F1 – функция преобразования входных универсальных параметров ФФ в выходные, определяемая его структурой; F2 – функциональная зависимость между реальными физическими величинами и их универсальными аналогами на микро-уровне модели; p –давление; R — радиус мембраны; hм — толщина мембраны; E1, E2 — модули упругости Юнга соответственно по осям x и y эйлеровой системы координат; 12, 21 — коэффициенты Пуассона соответственно относительно осей x и y эйлеровой системы координат (для изотропного материала E1= E2=E, 12=21=); n — количество звеньев цепи мембраны, — угол направления сечения к главной оси.

Рекурсивные функции и были использованы для упрощения аналитических выражений. В результате анализа был определен их физический смысл. Функция является безразмерной и характеризует упругие свойства материала. Функция имеет размерность заряда в терминах, используемых в теории ЭМИЦ, и представляет собой фактор распределенного воздействия на чувствительный элемент.

ПСС ФПД преобразования изгибающего момента силы в деформацию плоской мембраны (рис.8) является графической интерпретаций образующего элемента ФФ с ЖС идеальной упругой линии с распределенными параметрами и величинами, а формулы (4-9) описывают отображения подобия этого ФФ.

Разработанный ФФ деформации плоской мембраны под воздействием комбинированной нагрузки в виде сосредоточенной в центре мембраны силы и давления имеет два назначения:

  1. Для разработки на его основе универсального образующего элемента линии с распределенными параметрами и величинами с целью синтеза новых технических решений.
  2. Для приближенного расчета этого ЧЭ на стадии эскизного проектирования с учетом анизотропности свойств используемых для ее изготовления материалов.

ПСС процесса преобразования гидравлического или пневматического-39

Рис. 7. ПСС процесса преобразования гидравлического или пневматического давления в деформацию упругого элемента (мембраны): а) контекстная диаграмма, б) декомпозиция

ПСС процесса преобразования изгибающего момента силы в деформацию-40

Рис. 8. ПСС процесса преобразования изгибающего момента силы в деформацию
плоской мембраны: а) контекстная диаграмма, б) декомпозиция

Рис. 9. Полная декомпозиция функционального фрактала деформации плоской мембраны

Универсальный образующий элемент линии с распределенными параметрами и величинами может быть получен путем замены комплексных эффективных погонных параметров жесткости и емкости соответственно на комплексные эффективные погонные параметры сопротивления и проводимости .

На основе анализа выражений (6) и (7) разработана таблица 1 зависимости величины фактора распределенного воздействия Фi на чувствительный элемент от глубины фрактальной границы, иллюстрирующая последовательность вычисления значений функций и Фi для произвольного звена i. Анализ таблицы позволил выявить возможность использования матриц с элементами фрактальной структуры для расчета этих функций.

Таблица 1

Таблица зависимости величины фактора распределенного воздействия Фi на чувствительный элемент от глубины фрактальной границы.

Совокупность значений функции для каждого элементарного звена определяется вектором-строкой распределенного воздействия размерностью как произведение матрицы распределенных параметров размерностью на вектор-столбец распределенной реакции размерностью .

Полученные зависимости использованы для создания численного метода расчета выходных параметров линии с распределенными параметрами и распределенными величинами на основе использования матриц с элементами фрактальной структуры.

Четвертая глава посвящена разработке ФФ ЧЭ волоконно-оптического датчика давления. В соответствии с первым этапом комплексного метода идентификации ФФ на основе ретроспективной и текущей информации выполнен анализ патентной и научно-технической литературы, который показал, что волоконно-оптические датчики фазовой модуляции (ВОД ФМ) на данный момент являются наиболее перспективными. Принцип действия ВОД ФМ основан на регистрации изменения фазы распространяющегося в волоконном световоде оптической волны интерферометрическим способом, суть которого состоит в том, что одновременно на фотоприемник (ФП) подаются исследуемая и опорная волны (рис. 10).

Схема ВОД фазовой модуляции Исследуемая волна распространяется по-55

Рис. 10. Схема ВОД фазовой модуляции

Исследуемая волна распространяется по рабочему волокну (ВС), опорная — по опорному (ОС). Если оптические пути этих световых волн отличаются на величину, меньшую длины когерентности используемого излучения, то фотоприемник зарегистрирует результат их интерференции. Первый этап комплексного метода идентификации ФФ позволил выявить общие элементы ВОД ФМ, которые целесообразно моделировать для использования в дальнейшем при синтезе ТУст: опорное волокно с внутрицепными преобразованиями и рабочее волокно с межцепными преобразованиями. Доказано, что для обоих элементов (опорного и рабочего волокна) необходимо учитывать распределенные параметры. Отличие состоит в том, что распределенные параметры опорного волокна постоянны, а рабочего волокна — изменяются под воздействием измеряемой величины, что приводит к изменению фазы распространяющегося в нем излучения.

На втором этапе разработаны энерго-информационные модели этих элементов. Для моделирования процессов опорного волокна оптическая цепь была описана в терминах теории ЭИМЦ с точки зрения волнового распространения электромагнитного излучения в диэлектрических волноводах с цилиндрической симметрией. Для построения такой модели на основе электродинамических решений были определены зависимости между величинами и параметрами ЭИМЦ и реальными физическими величинами. Корректность полученных соотношений проверена по шести критериям теории ЭИМЦ. Для описания процессов рабочего волокна была разработана ЭИМЦ эффекта фотоупругости с учетом распределенных параметров.

На третьем этапе комплексного метода идентифицированы образующие элементы ФФ внутрицепных (опорное волокно) и межцепных (рабочее волокно) преобразований в ВОД ФМ давления. Причем, для внутрицепных преобразований использованы выведенные ранее для линии с распределенными параметрами функциональные зависимости преобразования входных универсальных параметров функционального фрактала в выходные F1 (стр. 15), а функциональные зависимости между реальными физическими величинами и их универсальными аналогами F2 получены на основе прямых и производных критериев теории ЭИМЦ и электродинамических решений. Для межцепных преобразований с распределенными параметрами разработана оригинальная модель на основе эффекта фотоупругости. Графическая интерпретация образующего элемента ФФ ВОД ФМ на основе эффекта фотоупругости представлена на рис. 11. Зависимость между величинами и параметрами энерго-информационной модели и реальными физическими величинами определяется формулами (14-16):

Uмл=F, (14)
, (15)
, (16)
(17)

где k – коэффициент, зависящий от свойств вещества; 0 – диэлектрическая проницаемость среды; S – площадь поперечного сечения световода; F – растягивающая сила, Roi – погонное комплексное сопротивление i-го звена, Goi – погонная комплексная проводимость i-го звена, — коэффициент передачи звена преобразования механического линейного воздействия в оптическое.

Разработанная модель позволила формализовать информацию по ВОД ФМ давления на основе эффекта фотоупругости, ввести ее в базу данных для дальнейшего использования при автоматизированном синтезе новых технических решений.

Пятая глава посвящена описанию практической реализации полученных теоретических положений для этапов поискового и эскизного проектирования. Практическими результатами для этапа поискового проектирования являются информационно-логическая и физическая модели данных, рекурсив­ный алгоритм расчета выходных параметров ФФ (см. гл. 2), программа расчета эксплуатационных характеристик элементов датчиков сложной структуры, алгоритм и система автоматизированного синтеза новых технических решений, а также конструкции датчиков (интегральный микромеханический тензорезисторный акселерометр-клинометр и совмещенный волоконно-оптический датчик давления и температуры), ФПД которых синтезированы при тестировании программного обеспечения (гл. 6).

Программа расчета эксплуатационных характеристик элементов преобразователей сложной структуры предназначена для автоматизации расчета выходных параметров ФФ. Она используется как автономно при подготовке информации для ввода в базу данных, так и в качестве модуля автоматизированной системы синтеза новых технических решений для расчета критериев качества синтезированных ТУст с целью их количественного сравнения.

Алгоритм синтеза ФПД датчика с заданными входными и выходными величинами может применяться для проектирования как традиционных, так и многофункциональных датчиков (рис. 12). Использование в качестве элементов синтеза составных структурных единиц (блоков) позволяет свести к минимуму возможные варианты соединения компонентов синтезируемой системы: последовательное соединение для традиционных датчиков; последовательное соединение, слияние и разветвление – для многофункциональных. Если заданы одна входная и одна выходная величина (традиционный датчик), то синтез осуществляется согласно энергоинформационному методу. Отличие состоит лишь в том, что компонентами синтезируемой системы могут быть как простые элементы, так и составные структурные элементы с любого уровня декомпозиции хранящегося в базе данных ФФ.

Если количество входных величин больше одной, то синтез ФПД начинается с поиска мультиэффектов. При отсутствии мультиэффектов в соответствии с заданными ограничениями (мета-уровень), синтезируются отдельные цепи для каждой входной величины. В этом случае результатом синтеза могут быть либо различные преобразователи для каждой измеряемой величины, либо многофункциональный преобразователь, непересекающиеся цепи ФПД в котором объединены морфологическими признаками (общие материалы и/или элементы конструкции).

Если же мультиэффекты найдены, то для каждого из них синтезируются фрагменты цепей от мультиэффекта к входным (обратный синтез) и к выходным (прямой синтез) величинам. В результате получаем цепи, фрагменты которых соединены мультиэффектом. Когда все возможные варианты получены, выполняется расчет эксплуатационных характеристик и оптимизация по их совокупности.

Использование фрактального подхода позволяет значительно повысить адекватность моделей ФПД ЧЭД за счет учета нелинейности преобразований посредством замены элементарных звеньев, приближенно описываемых линейной зависимостью, фрактальной структурой. Требуемая точность модели может быть достигнута соответствующей степенью детализации описания ФПД.

Практическими результатами для этапа эскизного проектирования являются алгоритм итерационного построения ФФ по ЭИМЦ преобразователя (см. гл. 2), инженерные методики, алгоритмы и программное обеспечение для расчета деформации плоской мембраны.

Фрактальная интерпретация ФПД преобразователей позволяет использовать циклические (на основе итерационных процедур) и рекурсивные алгоритмы для расчета их выходных параметров. Кроме того, был разработан численный метод расчета элемента с распределенными параметрами и распределенными величинами на основе использования матриц с элементами фрактальной структуры. Рекурсивные алгоритмы являются более предпочтительными для машинной обработки, но не эффективны при отсутствии средств автоматизации. Циклические алгоритмы (на основе итерационных процедур) могут быть использованы как для машинной обработки данных, так и при отсутствии средств автоматизации. Но они достаточно сложны. Использование матриц с элементами фрактальной структуры для расчета может быть реализовано на основе стандартного программного обеспечения — табличного процессора (рис. 13).

Иллюстрация инженерной методики расчета деформации плоской мембраны-60

Рис. 13. Иллюстрация инженерной методики расчета деформации плоской мембраны на основе использования матриц с элементами фрактальной структуры в MS Excel

Разработанные методики являются универсальными: позволяют учесть различные варианты нагрузки, а также анизотропность полупроводниковых материалов. На основе разработанных методик созданы алгоритмы и система автоматизированного расчета микроэлектронных датчиков давления. С использованием этой системы выполнена оптимизация топологии расположения тензорезисторов на поверхности плоской мембраны микроэлектронного тензорезисторного датчика давления с максимальной чувствительностью измерения и линейностью выходных характеристик.

Результаты диссертации внедрены в Научно-исследовательском институте физических измерений и вычислительной техники (г. Пенза), в ОАО КБЭ XXI века (г. Сарапул), в ФГУП ПКТБ «Вихрь». Внедрение программного обеспечения позволяет автоматизировать синтез ФПД датчиков нового поколения, сократить время проектирования датчиков давления и их элементов в несколько раз с соответствующим повышением производительности труда, повысить качество научных изысканий и сократить время проведения научно-исследовательских работ. Разработки автора используются в учебном процессе в Астраханском государственном университете (АГУ) при подготовке студентов по специальности «Инженерное дело в медико-биологической практике» по курсам «Узлы и элементы медицинской техники», «Проектирование медицинского оборудования и медицинской техники», «Системный анализ и принятие решений», а также в Московском государственном институте электроники и математики (МИЭМ) на кафедре «Радиоэлектронные и телекоммуникационные приборы и устройства» при проведении всех видов занятий по дисциплинам «Управление качеством ЭС», «Надежность ЭС» со студентами, обучающимися по направлению подготовки «Проектирование и технология электронных средств», а также по дисциплине «Теоретические основы обеспечения надежности ЭС» с магистрами, обучающимися по направлению подготовки «Радиоэлектронные средства специального назначения и технология их производства».

В шестой главе выполнена проверка адекватности разработанных моделей.

С целью проверки полученных теоретических положений и определения эффективности разработанных алгоритмов для этапа поискового проектирования были проведены два эксперимента:

  1. синтез ФПД традиционных датчиков с использованием двух автоматизированных систем (известной Системы синтеза чувствительных элементов — на основе энерго-информационного метода, и новой Автоматизированной системы синтеза новых технических решений — на основе фрактального подхода)
  2. синтез ФПД многофункциональных датчиков, который нельзя реализовать на основе использования известной системы синтеза ЧЭ.

Для проведения первого эксперимента было разработано 50 тестовых заданий. В результате количество полученных решений при использовании новой системы, позволяющей синтезировать системы сложной структуры, увеличилось, в среднем, на 20%. Для проведения второго эксперимента были разработаны два задания на синтез ФПД многофункциональных датчиков (таблица 2).

Таблица 2

Задания на синтез

№
задания 		Вход Выход Условия
эксплуатации 		Улучшаемые
эксплуатационные
характеристики
1 ускорение, угол наклона электрический ток чувствительность,
габариты, цена
2 давление, температура электрический ток Температура среды — (200-300)°С точность, цена

При реализации первого задания синтезирован интегральный микромеханический тензорезисторный акселерометр-клинометр (патент № 71167 от 27.02.2008) с улучшенными по сравнению с аналогом эксплуатационными характеристиками (более высокой чувствительностью, меньшими габаритами и ценой). Результатом синтеза является многофункциональный датчик с непересекающимися цепями ФПД по каждой измеряемой величине и общими конструктивными элементами для их реализации.

При реализации второго задания синтезирован совмещенный волоконно-оптический датчик давления и температуры (патент № № 81323 от 10.03.2009). При синтезе учтены условия эксплуатации (высокая температура контролируемого объекта). Повышение точности измерений давления по сравнению с аналогом достигнуто за счет учета дополнительной погрешности от температуры. Результатом синтеза является многофункциональный датчик с пересекающимися цепями ФПД по каждой измеряемой величине (мультисенсор).

Адекватность моделей для этапа поискового проектирования доказывается совпадением результатов синтеза (интегральный микромеханический тензорезисторный акселерометр-клинометр, совмещенный волоконно-оптический датчик давления и температуры) с ФПД известных технических устройств (Semiconductor acceleration sensor автора Nishimura Hitoshi и Self-excitation in fibre-optic microresonator sensors авторов N. A. D. Stokes, R. M. A. Fatah and S. Venkatesh, соответственно).

Для этапа эскизного проектирования адекватность модели деформации плоской мембраны для разных вариантов ее нагрузки устанавливается на основе сравнения результатов ее расчета с использованием разработанных моделей с результатами применения классических методов расчета:

  • определена погрешность расчета плоской мембраны, нагруженной сосредоточенной в центре силой, на основе разработанной модели линии с распределенными параметрами по сравнению с классическим методом расчета длинных линий (рис. 14);
  • определена погрешность расчета плоской мембраны из изотропного материала под давлением на основе разработанной модели идеальной упругой линии с распределенными параметрами и распределенными величинами по сравнению с результатами расчета на основе классического метода (рис. 15).

Для проведения вычислительного эксперимента было разработано алгоритмическое и программное обеспечение.

Рис. 14. График зависимости выходной величины U вых от коэффициента Рис. 15. Графики деформаций плоской
мембраны

По результатам вычислительного эксперимента погрешность расчета является приемлемой на ранних стадиях проектирования (до 30%).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ.

Главным итогом диссертационной работы является решение комплексной научно-технической проблемы поискового проектирования ЧЭД на основе теоретических положений моделирования их ФПД, инвариантного к физической природе и степени детализации процессов, протекающих в ТУст, позволяющего алгоритмизировать процесс поиска новых технических решений. При решении данной проблемы получены следующие основные результаты:

  1. Создана концепция моделирования ФПД ЧЭД на основе фрактального подхода к описанию явлений и процессов, позволяющая повысить качество и эффективность их проектирования за счет расширения области синтезируемых решений, повышения точности вычисления критериев выбора и сокращения объема макетирования и натурных испытаний при проектировании.
  2. На основе развития общей теории ЧЭ создана концептуальная модель преобразователей информации для формализованного описания явлений и процессов различной физической природы, отличительной особенностью которой является инвариантность к степени их детализации, что позволило разработать эффективную структуру базы данных, алгоритмы для машинного синтеза новых технических решений и расчета их выходных параметров, а также модели конкретных преобразователей.
  3. Получены новые расчетные соотношения для определения критериев качества, отождествляемых с эксплуатационными характеристиками, для элементарных типовых соединений звеньев, используемые в эффективном универсальном рекурсивном алгоритме расчета выходных параметров преобразователя.
  4. Разработан новый комплексный метод фрактальной интерпретации ФПД датчиков и их элементов на основе анализа ретроспективной и текущей информации, который позволил создать модели плоской мембраны и ВОД ФМ давления на основе фрактального подхода
  5. Разработана универсальная модель плоской мембраны, учитывающая различные виды нагрузки и анизотропность свойств материала, на основе которой создано алгоритмическое и программное обеспечение для ее расчета.
  6. Разработан новый численный метод расчета линии с распределенными величинами и распределенными параметрами на основе использования матриц с элементами фрактальной структуры, позволивший применить табличный процессор.
  7. Разработано информационное, алгоритмическое и программное обеспечение для анализа и синтеза ФПД ЧЭД, позволяющее повысить качество научных изысканий и сократить время проведения научно-исследовательских работ.
  8. Использование новой информационной технологии поискового проектирования позволило разработать конструкции преобразователей с улучшенными эксплуатационными характеристиками: интегральный микромеханический тензорезисторный акселерометр-клинометр и совмещенный волоконно-оптический датчик давления и температуры.

Содержание диссертации отражено в следующих основных публикациях автора по теме диссертации: (всего 61 работа)

Мoнoграфии

  1. Шикульская О.М. Фрактальное моделирование упругих элементов микроэлектронных преобразователей с учетом распределенных параметров: мoнoгр. / О.М. Шикульская; Астрахан. гoс. тeхн. ун-т. – Астрахань: Изд-вo АГТУ, 2006, - 128 с. — ISBN 5-89154-202-1
  2. Шикульский М.И. Фрактальное моделирование микроэлектронных датчиков дав­ления: моногр. / М.И. Шикульский, О.М. Шикульская; Астрахан. гос. техн. ун-т. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2008. - 144 с. —
    ISBN 978-5-89154-261-7
  3. Шикульская О.М. Анализ и синтез преобразователей информации на основе фрактального подхода: моногр. / О.М. Шикульская. - Астрахань: ООО «Типография «Нова», 2009. - 309 с. - ISBN 978-5-902175-39-1

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК

  1. Петрова И.Ю. Универсальная структурно-параметрическая модель плоской мембраны / Петрова И.Ю., Шикульская О.М. // Датчики и системы. 2000 № 2– с.14-16. — ISBN 1992-7185
  2. Шикульская О.М. Математическая модель расчета микроэлектронных емкостных датчиков давления. / Шикульская О.М., Шикульский М.И. // Известия вузов. Сев.-Кавк. Регион Техн. Науки-2005г.– Приложение № 1- с.23-26 — ISSN 0321-2653.
  3. Шикульская О.М. Разработка энерго-информационной модели цепи микроэлектронных тензорезисторных датчиков давления / Шикульская О.М., Шикульский М.И. // Известия вузов. Сев.-Кавк. Регион Техн. Науки-2005 г. – Приложение № 1- с. 27-30 — ISSN 0321-2653.
  4. Шикульская О.М. Структурно-параметрическое моделирование микроэлектронных резонаторных датчиков давления / Шикульская О.М., Шикульский М.И. // Известия вузов. Сев.-Кавк. Регион Техн. Науки-2005 г. – Приложение № 1- с. 30-33 — ISSN 0321-2653.
  5. Шикульская О.М. Концептуальное моделирование принципа действия преобразователя на основе SADT-технологии / Шикульская О.М., Шикульский М.И. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки.-2005.-Приложение   2.- c. 52-54 — ISSN 0321-2653.
  6. Шикульская О.М. Система автоматизированного расчета микроэлектронных датчиков давления / Шикульская О.М., Шикульский М.И. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки.-2005.-Приложение   3.-с. 3-5 — ISSN 0321-2653.
  7. Шикульская О. М.  Определение погрешностей длинной линии по параметрической структурной схеме (ПСС)/ Шикульская О. М. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки.-2006.-Приложение   5.-с. 7-10 — ISSN 0321-2653.
  8. Шикульская. О.М. Определение погрешностей различных структур цепей с применением аппарата параметрических структурных схем / О.М. Шикульская, Э.Р. Незаметдинова // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. — 2006. — Прил. № 5. — с. 11—14. — ISSN 0321-2653.
  9. Шикульская О. М.  Расчет погрешностей линии с распределенными параметрами и величинами методом параметрических структурных схем / Шикульская О. М.  Плешакова Л.А. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки.-2006.-Приложение   5 - с. 14-17— ISSN 0321-2653.
  10. Шикульская О. М.  Анализ алгоритмов расчета однородных длинных линий / Шикульская О. М.  // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки.-2006 - Специальный выпуск. Математическое моделирование и компьютерные технологии – с. 35-37— ISSN 0321-2653.
  11. О. М Шикульская.  Математическая модель оптоволоконной линии с распределенными параметрами / О. М Шикульская // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки.-2006 - Специальный выпуск. Математическое моделирование и компьютерные технологии – с. 37- 39 — ISSN 0321-2653.
  12. Шикульская О. М.  Анализ достоверности расчета линии с распределенными параметрами методом параметрических структурных схем / Шикульская О. М.  // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки.-2006 - Специальный выпуск. Математическое моделирование и компьютерные технологии – с. 39-40 — ISSN 0321-2653.
  13. Шикульская О. М. Концепция блочного синтеза новых технических решений. / Шикульская О. М. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки.-2006.-Приложение   7-с. 30-32 — ISSN 0321-2653.
  14. Шикульская О. М. Математическая модель определения чувствительности элементов по линии с распределенными параметрами и величинами / Шикульская О. М., Незаметдинова  Э.Р. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки.-2006.-Приложение   8-с. 14-16 — ISSN 0321-2653.
  15. О.М. Шикульская. Классификация методов достижения требуемых эксплуатационных характеристик микроэлектронных датчиков параметров движения / О.М. Шикульская, Незаметдинова // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2006. – № 11. – С.63-65.
  16. Шикульская О.М. Модернизация концептуальной модели банка данных по физико-техническим эффектам на базе современных информационных технологий / Шикульская О.М., Незаметдинова Э.Р.//Измерительная техника – 2007 – №1.с.7-9.
  17. Шикульская О. М. Рекурентная модель линии с распределенными параметрами и величинами / Шикульская О. М. // Измерительная техника – 2007. – №3. с. 20-22
  18. Шикульская О.М. Блочный анализ и синтез новых технических решений на основе энерго-информационного метода /  Шикульская О. М. // Изв. вузов. Поволж. регион. Техн. науки.-2006.- № 6.- с. 287-292 - ISSN 1728-628X
  19. Шикульская О. М. Расчет диапазона измерения преобразователей и их элементов / Шикульская О. М, Незаметдинова Э.Р. // Изв. вузов. Поволж. регион. Техн. науки.-2006.- № 6 - с. 263-270 - ISSN 1728-628X
  20. О. М.  Шикульская/ Расчет чувствительности элементов с распределенными параметрами / О. М.  Шикульская, Л.А. Плешакова // Авиакосмическое приборостроение,-2006.- №11- с. 17-18
  21. Шикульская. О.М. Расчет чувствительности энергоинформационных моделей цепей произвольной структуры / О.М. Шикульская, Э.Р. Незаметдинова // Авиакосмическое приборостроение. – 2006. – № 12. – С.59-60
  22. О.М. Шикульская. Моделирование коррекции аддитивной температурной погрешности / О.М. Шикульская, А.И. Куксин // Авиакосмическое приборостроение. – 2007. – № 8. – С.27-29
  23. Шикульская О. М.  Расчет погрешности и чувствительности полупроводникового тензорезистора на основе энерго-информационного метода // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки.-2009 - № 2 – с. 44-47 —
    ISSN 0321-2653.
  24. О.М. Шикульская. Концепция автоматизированного синтеза физического принципа действия датчиков нового поколения / О.М. Шикульская, Константинова О.С. // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2009 – №5. – С.27-29 —ISSN 2073-0004.
  25. О.М. Шикульская. Расчет погрешности и чувствительности моста Уитстона на основе энерго-информационного метода // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2009 – №7. – С.33-35 —ISSN 2073-0004.

Сборники трудов

  1. Петрова И. Ю. Анализ погрешности расчета упругих элементов микроэлектронных преобразователей методом ПСС. / Петрова И. Ю., Шикульская О.М. // Новые информационные технологии в региональной инфраструктуре НИТ РИ 97: Материалы III Международной науч. – тех конф./Астрахан. Гос. тех. Ун-т. — Астрахань: изд-во АГТУ, 1997, с. 221-225.
  2. Петрова И. Ю. Анализ состояния, тенденций развития и методов достижения требуемых эксплуатационных характеристик микроэлектронных датчиков давления. / / Петрова И. Ю., Шикульская О.М. // Вестник АГТУ. 3/96 Автоматика и прикладные вопросы математики и физики / Астрахань, 1997 г. с. 83-89.
  3. Зарипов М.Ф. Описание модели плоской мембраны как линии с распределенными параметрами / Зарипов М.Ф., Шикульская О.М..// Труды Международного форума по проблемам науки, техники и образования, под ред. Савиных В.П. и Вишневского В.В. // М.: 1999 г. с. 78-79
  4. Шикульская О.М. Математическое моделирование деформации плоской мембраны с применением метода ПСС / Шикульская О.М. // Вестник
    АГТУ. Телекоммуникации, новые информационные технологии и связь Астрахань.2000, с.112-115
  5. Шикульская О.М. Автоматизация расчета деформации плоской мембраны на начальном этапе проектирования датчиков давления. / Шикульская О.М. // Материалы четвертой международной научно-методической конференции Новые информационные технологии в региональной инфраструктуре и образовании. Астрахань-2001 с.191-193
  6. Шикульская О.М. Математическая модель прогиба плоской мембраны. / Шикульская О.М., Шикульский М.И. // Математические методы в технике и технологиях — ММТТ-17: Сб. трудов XVII Международ. научн. конф.: В 10 т., Т.8 Секции 9, 10 / Под общ. ред. В.С. Балакирева. — Кострома: Изд-во Костромского гос. технол. ун-та, 2004. 243 с.
  7. Шикульская О.М. Концептуальная модель деформации плоской мембраны как линии с распределенными параметрами / Шикульская О.М., Шикульский М.И. // Информационные технологии в образовании, технике и медицине: Материалы международной конференции. В 3-х томах/ ВолгГТУ. - Волгоград, 2004.-333с. т. 2 с. 308-313.. – ISBN 5-230-04819-0.
  8. Шикульская О.М. Анализ волоконно-оптических датчиков, используемых в интеллектуальных системах. / Шикульская О.М., Плешакова Л.А. // Информационные технологии в образовании, технике и медицине: Материалы международной конференции. В 3-х томах / ВолгГТУ.-Волгоград, 2004.-333с. т. 2, с.303-307. – ISBN 5-230-04819-0.
  9. Шикульская О.М. Исследование современного состояния волоконно-оптических датчиков и влияние используемых материалов на достижения требуемых характеристик/ Шикульская О.М., Плешакова Л.А.// Информационные технологии в образовании, технике и медицине. Сб. материалов Международн. науч. конф.: В. 3 т. Т.2. – Волгоград. – 2004.– С.303-304. – ISBN 5-230-04819-0.
  10. О.М. Шикульская. Моделирование прогиба плоской мембраны методом параметрических структурных схем / О.М. Шикульская, М. И. Шикульский // Технологии информатизации профессиональной деятельности (в науке, образовании, промышленности): Сб. трудов науч.-техн. конференции с междунар. участием в рамках форума «Высокие технологии-2004» Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2005. 408 с.
  11. Шикульская О.М. Энерго-информационный метод моделирования емкостных датчиков давления / О.М. Шикульская, М. И. Шикульский // Математические методы в технике и технологиях — ММТТ-18: Сб. трудов XVIII Международ. научн. конф.: В 10т. Т.8 Секции 4, 9 / Под общ. ред. В.С. Балакирева. — Казань: Изд-во Казанского гос. технол. ун-та, 2005. 220 с. – ISBN 5-7882-0253-1
  12. Шикульская О.М. Анализ методов поиска новых технических решений / Шикульская О.М., Мухина Т.П. // Информационные технологии и математическое моделирование (ИТММ-2005): Материалы IV Всероссийской научн.науч.-практ. Конф. (18-19 нояб. 2005 г.) – Томск: Изд-во Том. ун-та, 2005. Ч. 1. –с.25-27 – ISBN 5-7511-1869-3-3
  13. Шикульская О.М. Анализ физико-технических эффектов с учетом свойств полупроводниковых материалов / Шикульская О.М., Незаметдинова Э.Р. // Информационные технологии и математическое моделирование (ИТММ-2005): Материалы IV Всероссийской научн.науч.-практ. Конф. (18-19 нояб. 2005 г.). – Томск: Изд-во Том. ун-та, 2005. Ч. 1. – с.121-124 – ISBN 5-7511-1869-3-3.
  14. Шикульская О.М., Энергоинформационная модель фазовых волоконно-оптических датчиков / Шикульская О.М., Плешакова Л.А. // Информационные технологии и математическое моделирование (ИТММ-2005): Материалы IV Всероссийской научн.науч.-практ. Конф. (18-19 нояб. 2005 г.). – Томск: Изд-во Том. ун-та, 2005. Ч. 1. – с.124-125 – ISBN 5-7511-1869-3-3.
  15. Шикульская О.М. Классификация ФТЭ в преобразователях из полупроводниковых материалов / О.М. Шикульская, Э.Р. Незаметдинова // Вестник Астраханского государственного технического университета. — 2005. — Cпец. прил. к № 5(28). —с. 188—191. — ISSN 1812-9498.
  16. Шикульская О.М. Математический метод синтеза новых технических решений на основе современных технологий / Шикульская О.М., Незаметдинова Э.Р. // Научное творчество молодежи: Материалы X Всероссийской научно-практической конференции (21-22 апреля 2006 г.) Ч. I. – Томск: Изд-во ун-та, 2006. – 192с. – ISBN 5-7511-1869-3-3.
  17. Шикульская О.М. Математическое моделирование оптической цепи / Шикульская О.М., Плешакова Л.А.// Научное творчество молодежи: Материалы X Всероссийской научно-практической конференции (21-22 апреля 2006 г.) Ч. I. – Томск: Изд-во ун-та, 2006. – 192с. – ISBN 5-7511-1869-3-3.
  18. Шикульская О.М. Концептуальная модель банка данных по физико-техническим эффектам / Шикульская О.М., Незаметдинова Э.Р. // Надежность и качество. Труды междунарожного симпозиума. В 2-х томах. Том 1. Под. Ред. Н.К. Юркова — Пенза: Изд-во Пенз. Гос. ун-та, 2006.- с. 184-185 — ISBN 5-7511-1957-0.
  19. Шикульская О.М. Анализ методов достижения требуемых эксплуатационных характеристик / Шикульская О.М., Незаметдинова Э.Р. // Инновации в условиях развития информационно-коммуникационных технологий ИНФО-2006. Материалы научно-практической конференции (1-10 октября 2006 г.)  / Под ред. В.Г. Домрачева, С.У. Увайсова. – М.: МИЭМ, 2006, с. 178-182. — ISBN 5-7511-2015-3.
  20. Шикульская О.М. Применение метода параметрических структурных схем для определения погрешностей длинных линий Применение метода параметрических структурных схем для определения погрешностей длинных линий / Шикульская О.М., Плешакова Л.А. // Инновации в условиях развития информационно-коммуникационных технологий ИНФО-2006. Материалы научно-практической конференции / Под ред. В.Г. Домрачева, С.У. Увайсова. – М.: МИЭМ, 2006, с. 184-187. — ISBN 5-7511-2015-3.
  21. Незаметдинова Э. Р. Анализ методов достижения требуемых эксплуатационных характеристик микроэлектронных датчиков параметров движения / Э. Р. Незаметдинова, О. М. Шикульская// Инновации в условиях развития информационно-коммуникационных технологий: Материалы научно-практической конференции— Москва: МИЭМ, 2006. — C. 178—182. — ISBN 5-7511-2015-3.
  22. Шикульская О.М. Функциональное моделирование датчиков на основе фрактальной концепции / Шикульская О.М. // Надежность и качество: Труды Международного симпозиума: В 2-х т. / под. ред. Н.К. Юркова — Пенза: Информационно-издательский центр ПГУ, 2007. — 1т. - с. 381-382 - ISSN 978-5-94170-136-0
  23. Петрова И.Ю. Новые принципы моделирования датчиков на основе фрактального подхода у описанию процессов / Петрова И.Ю., Шикульская О.М. // Надежность и качество. Труды междунарожного симпозиума. В 2-х томах. Том 1. Под. Ред. Н.К. Юркова — Пенза: Изд-во Пенз. Гос. ун-та, 2009.- с. 61-63 — ISBN 5-7511-1957-0
  24. Константинова О.С. Теоретические основы структуризации моделирования энерго-инфомационных моделей преобразователей информации на основе фрактального подхода / Константинова О.С., Шикульская О.М. // Надежность и качество. Труды междунарожного симпозиума. В 2-х томах. Том 1. Под. Ред. Н.К. Юркова — Пенза: Изд-во Пенз. Гос. ун-та, 2009.- с. 116-119 — ISBN 5-7511-1957-0
  25. Константинова О. С. Моделирование автоматизированной системы синтеза преобразователей информации / Константинова О. С.,  Шикульская О. М. // Научное творчество молодежи: Материалы XIII Всероссийской научно-практической конференции (14-15 мая 2009 г.) - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2009. - Ч. 1. - с. 108-111
  26. Шикульская О.М. Концептуальная модель физического принципа действия чувствительного элемента // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии -2009г.– № 1 (5) - с.35-39.
  27. Шикульская О.М. Моделирование физического принципа действия полупроводниковых чувствительных элементов на основе тензоэффекта / Шикульская О.М., Константинова О.С. // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии -2009г.– № 1 (5) - с. 39-42.
  28. Shikulskaya O. Structurally-parametrical modeling of the plane membrane used in medical instruments // Proceedings of the 5th Russian-Bavarian Conference on Biomedical Engineering, Munich,Bavaria, July 1/4, 2009 - pp. 236 - 238.

Авторские свидетельства, патенты

  1. Многоконтактное реле давления: пат. № 2151328 Рос. федерация: МПК 7 F 15 B 5/00 / Шикульская О.М., Ильичев С.А.; заявитель и патентообладатель Астраханский государственный технический университет — № 96118876/ заявл. 23.09.1996; опубл. 20.06.2000г, Бюл. № 7
  2. Мостовой индуктивный датчик перемещения: пат. № 2167398 Рос. федерация: МПК 7 G 01 D 5/22 / Шикульская О.М., Скоморохов С.В.; заявитель и патентообладатель Астраханский государственный технический университет — № 96111290/ заявл. 04.06.1996; опубл. 20.05.2001г
  3. Система автоматизированного расчета микроэлектронных датчиков давления: св. об офиц. Рег. Прогр для ЭВМ №2005610506, Россия, ФГОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет» / О.М.Шикульская, М.И.Шикульский – Заявл.30/12/2004, зарег. в Реестре прог. для ЭВМ 24.02.2005
  4. Автоматизированная система синтеза новых технических решений: Св. об офиц. Рег. Прогр для ЭВМ №2007611079, Россия, ФГОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет»/ О.М.Шикульская, Л.А.Плешакова, Э.Р.Незаметдинова. – дата поступления 19.01.2007, 14.03.2007
  5. Программа расчета эксплуатационных характеристик элементов преобразователей сложной структуры: Св. об офиц. рег. прогр. для ЭВМ №2007611125 Россия, ФГОУВПО «Астраханский государственный технический университет» / Э.Р. Незаметдинова, О.М. Шикульская. – Заявл. 19.01.2007, зарегистрирована в Реестре программ для ЭВМ 19.03.2007
  6. Интегральный микромеханический тензорезисторный акселерометр-клинометр: пат. № 71167 Рос. федерация: МПК G 01 K 11/32 / Шикульская О.М., Незаметдинова Э.Р.; заявитель и патентообладатель Астраханский государственный технический университет — № 2006142268 / заявл. 29.11.2006; опубл. 27.02.2008г, Бюл. № 6
  7. Графическая инструментальная среда для моделирования чувствительных элементов на основе фрактального подхода: Св. об офиц. рег. прогр. для ЭВМ № 2009610093 Россия, ГОУВПО «Астраханский государственный университет» / О.С. Константинова, О.М. Шикульская. – Заявл. 27.10.2008, зарегистрирована в Реестре программ для ЭВМ 11.01.2009
  8. Автоматизированная система расчета плоской мембраны в макро- и микро-технике: Св. об офиц. рег. прогр. для ЭВМ № 2009610025 Россия, ГОУВПО «Астраханский государственный университет» / О.М. Шикульская, Т.П. Мухина. – Заявл. 27.10.2008, зарегистрирована в Реестре программ для ЭВМ 11.01.2009
  9. Совмещенный волоконно-оптический датчик давления и температуры. № 81323 Рос. федерация: МПК G 01K 11/32 / Шикульская О.М., Л.А. Плешакова, Т.П. Мухина; заявитель и патентообладатель Астраханский государственный университет — № 2008140903 / заявл. 15.10.2008; опубл. 10.03.2009г, Бюл. № 7


 
Авторефераты диссертаций  >>  Авторефераты по Информатике




наверх

<


 
<<  ГЛАВНАЯ   |    КОНТАКТЫ
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.