Библиотечный каталог авторефератов Украины

Магнітне поле

“Вторинних” джерел                “Первинне” поле

de = 0.06 м                he = 0.06 м

H[K]2 = 7.81 e + 01 а/м                H[K]1 = 1.62 e + 03 а/м

Рис. 1. Картина магнітного поля в робочій зоні датчика

Питання проектування оптимальної конструкції чутливої частини датчика вирішується на етапі оптимізаційного розрахунку пристрою, коли змінюються вхідні параметри й аналізуються вихідні характеристики системи вимірювання малих переміщень.

Наступним кроком було проведення чисельних експериментів з дослідження впливу зміни вхідних параметрів (геометрії приладу, характеристик магнітної системи та зовнішнього середовища) на вихідні характеристики датчика.

Оскільки чутливість приладу по відношенню до величини переміщення “пробного тіла” визначається значенням градієнту потоку, то спочатку розраховується значення , а потім визначається чутливість “гравіметра” .

На рисунках 2 і 3 показані графіки залежності величини від зміни вхідних параметрів , , і при переміщені середнього магніту на величину .

Рис. 2. Залежності від параметрів та

Рис. 3. Залежності від параметрів та

Таким чином, на основі запропонованих і досліджених у дисертаційній роботі математичних моделей і алгоритмів розроблено узагальнену схему перетворення інформації для проектування оптимальної конструкції датчика малих переміщень, яка включає такі основні частини:

• вхідна інформація: початкові величини параметрів, що характеризують датчик переміщень;
• технологія перетворення інформації: математичні моделі, методи та алгоритми, реалізовані у вигляді інструментальних програмних засобів;
• вихідна інформація: результати чисельного моделювання у вигляді інтегральних характеристик датчика переміщень;
• експертна оцінка вихідної інформації та, при необхідності, зміна вхідних параметрів;
• оптимальна конструкція: результуючі величини параметрів, що характеризують конструкцію датчика малих переміщень.

На основі аналізу впливу зміни кожного із вхідних параметрів, які є складовими математичної моделі, отримані результати дозволяють виконати проектування оптимальної конструкції (за заданими критеріями та/або обмеженнями) чутливої частини датчика переміщень.

Додаток А містить документи, що підтверджують практичне використання результатів, отриманих у дисертаційній роботі.

Додаток Б містить опис по використанню пакета прикладних програм, призначеного для проведення чисельного моделювання вихідних характеристик датчика малих переміщень.

3. ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі здійснено теоретичне обґрунтування та практичну реалізацію розв’язання важливої науково-технічної задачі з дослідження та оптимізації вихідних характеристик чутливої частини магнітометричної системи вимірювання малих переміщень.

Найважливіші наукові та практичні результати дисертаційної роботи такі:

1. На основі методу “вторинних джерел” уперше запропоновано, розроблено та досліджено нові математичні моделі електромагнітних процесів в області чутливої частини датчика малих переміщень, які, на відміну від відомих, ураховують вплив надпровідного екрана на характеристики “гравіметра”.
2. Уперше отримані аналітичні співвідношення для опису електромагнітних процесів в системі підвісу чутливого елемента “гравіметра”, які дозволили визначити основні параметри вхідного сигналу пристрою за заданими геометричними розмірами, характеристиками магнітів, параметрами магнітного екрана та величиною переміщення “пробного тіла”.
3. На основі запропонованих моделей розроблено комплекс програм для аналізу просторової структури магнітного поля в робочій зоні датчика та моделювання його вихідних характеристик.
4. Уперше виконано розрахунок розподілу компонентів напруженості магнітного поля та градієнта потоку в робочій зоні пристрою і здійснено оптимізацію його характеристик.
5. Отримані в дисертаційній роботі математичні моделі використані при розробці зразків нової техніки.

Запропоновані в дисертаційній роботі математичні моделі, алгоритми та програмне забезпечення дозволяють вирішувати не тільки задачу з розрахунку впливу надпровідного екрана на вихідні характеристики датчика малих переміщень, а також можуть бути застосовані для розв’язання задач проектування магнітних систем, які є композицією феромагнітних тіл та провідників зі струмом.

4. основні положення дисертації опубліковані в таких працях:

1. Крячок А.С. О расчете электромагнитных характеристик специальных устройств с постоянными магнитами // Управляющие системы и машины. – Киев, 1996. – № 4/5.               – С. 102 – 107.
2. Крячок А.С. К вопросу о расчете электромагнитных характеристик устройства с постоянными магнитами прямоугольной формы // Технические и программные средства экологического, медико-биологического и промышленного мониторинга / Институт кибернетики имени В.М. Глушкова НАН Украины. – Киев, 1996. – С. 66 – 70.
3. Крячок А.С. О расчете электромагнитных характеристик устройства с постоянными магнитами цилиндрической формы // Новітні засоби обчислювальної техніки в системах автоматизації, контролю та керування / Інститут кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України. – К., 1998. – С. 51 – 55.
4. Крячок А.С. О применении метода вторичных источников для расчета электромагнитных характеристик специального устройства с постоянными магнитами цилиндрической формы в ферромагнитном экране // Перспективні засоби обчислювальної техніки та інформатики / Інститут кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України. – К., 1999. – С. 89 – 96.
5. Крячок А.С. Об алгоритме расчета электромагнитных процессов в устройстве измерения сверхмалых перемещений, построенном на основе ПМ цилиндрической формы, учитывающем влияние СП экрана // Труды Научно-практической конференции с международным участием “Физико-технические проблемы ключевых технологий XXI века”. – Киев, 1999. – С. 51 – 56.
6. Крячок А.С. Эскизное проектирование высокоточных ИУ с концентраторами магнитного поля // Труды Научно-практической конференции с международным участием “Физико-технические проблемы ключевых технологий XXI века”. – Киев, 1999. – С. 47 – 51.
7. Крячок А.С. К вопросу о расчете электромагнитных характеристик специального устройства с постоянными магнитами в сверхпроводящем экране // Управляющие системы и машины.   – Киев, 2000. – № 4. – С. 38 – 43.
8. Крячок О.С. Комп’ютерна програма “MagneticField”: Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір № 13652 // Україна. Міністерство освіти і науки України. Державний департамент інтелектуальної власності; Дата реєстрації 12.07.2005.
9. Крячок А.С. Моделирование характеристик магнитометрических систем регистрации малых перемещений // Экономическая безопасность государства и информационно-технологические аспекты ее обеспечения (научное издание) / Под общ. ред.                        Г.К. Вороновского, И.В. Недина. – Киев: Знания Украины, 2005. – С. 524 – 528.

5. АНОТАЦІЯ

Крячок О.С. Математичні моделі та елементи інформаційної технології для магнітометричних систем вимірювання малих переміщень. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 – автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології. – Інститут кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України, Київ, 2006.

У дисертаційній роботі виконано теоретичні обґрунтування і розроблено математичні моделі та алгоритми перетворення інформації, отриманої за допомогою пристрою для виміру малих переміщень, чутлива частина якого розташована в надпровідному екрані. Алгоритми базуються на аналітичних методах розв’язання прямої задачі магнітостатики з використанням методу “вторинних джерел” і забезпечують створення нових інформаційних технологій перетворення інформації у задачах вимірювання величини переміщення “пробного тіла”.

Основні наукові результати дисертаційної роботи.

Отримано аналітичні співвідношення для електромагнітних процесів (в наближенні електростатики) в системі підвісу чутливого елемента “гравіметра”, що дозволило визначити основні параметри вихідного сигналу пристрою за заданими геометричними розмірами, характеристиками магнітів і параметрами магнітного екрана; вперше отримано оригінальні рівняння математичних моделей електромагнітних процесів в області чутливої частини датчика переміщень для кількох варіантів конструкції приладу, які, на відміну від відомих, враховують вплив контейнера-екрана на електромагнітні процеси в пристрої; вирішено важливу задачу з розрахунку розподілу компонентів напруженості магнітного поля та градієнту потоку; розроблено прикладне програмне забезпечення та проведено моделювання електромагнітних процесів в робочій зоні датчика переміщень, що дозволило на етапі проектування пристрою оцінити його інтегральні характеристики при різних вхідних параметрах і виконати оптимізацію конструкції.

Ключові слова: математична модель, алгоритм, перетворення інформації, розрахунок електромагнітного процесу, магнітометр, SQUID, реєстрація малих переміщень.

6. АННОТАЦИЯ

Крячок А.С. Математические модели и элементы информационной технологии для магнитометрических систем измерения малых перемещений. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 – автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. – Институт кибернетики имени В.М. Глушкова НАН Украины, Киев, 2006.

В диссертационной работе выполнены теоретические обоснования и разработаны математические модели и алгоритмы преобразования информации, полученной с помощью устройства для измерения малых перемещений, чувствительная часть которого помещена в сверхпроводящий экран. Алгоритмы базируются на аналитических методах решения прямой задачи магнитостатики с использованием метода “вторичных источников” и обеспечивают создание новых информационных технологий преобразования информации в задачах измерения величины перемещения “пробного тела”. Исходная информация представлена в виде величин параметров магнитного поля, которые зависят от координат чувствительного элемента системы. По известным значениям разрешения магнитометра, градиента магнитного поля и по величине выходного сигнала определяется величина перемещения.

Основные научные результаты диссертационной работы.

Предложены и исследованы принципиальные конструкции чувствительной части датчика малых перемещений с магнитами прямоугольной и цилиндрической формы.

Получены аналитические соотношения для электромагнитных процессов (в приближении электростатики) в системе подвеса чувствительного элемента “гравиметра”, что позволило определить основные параметры выходного сигнала устройства по заданным геометрическим размерам, характеристикам магнитов и параметрам магнитного экрана.

Впервые получены оригинальные уравнения математических моделей электромагнитных процессов в области чувствительной части датчика перемещений для нескольких вариантов конструкции прибора, которые, в отличие от известных, учитывают влияние контейнера-экрана на электромагнитные процессы в устройстве.

Разработаны элементы информационной технологии моделирования, связанные с выбором аппаратного и программного обеспечения и исходных данных. Исследованы особенности программной реализации предложенных математических моделей.

Создан комплекс инструментальных средств (математических моделей, аналитических методов решения прямой задачи магнитостатики, алгоритмов и прикладного программного обеспечения) для решения задачи сбора и обработки информации при анализе и проектировании пространственной структуры магнитного поля в рабочей зоне “гравиметра”.

Проведены эксперименты по моделированию электромагнитных процессов в чувствительной части устройства измерения малых перемещений, которые позволили на этапе проектирования прибора оценить его интегральные характеристики при разных входных параметрах и выполнить оптимизацию конструкции. Получены и описаны результаты численного моделирования для нескольких схем чувствительной части датчика малых перемещений.

Решена важная научно-техническая задача по расчету распределения компонент напряженности магнитного поля и градиента потока в рабочей зоне датчика перемещений и осуществлена оптимизация его характеристик.

Ключевые слова: математическая модель, алгоритм, преобразование информации, расчет электромагнитного процесса, магнитометр, СКВИД, регистрация малых перемещений.

7. abstract

Kryachok A.S. Mathematical models and elements of information technology for the magnetometric systems for a measurement of the small displacements. – Manuscript.

Thesis for Ph. D. science degree by specialty 05.13.06 – automated control system and progressive information technologies. – V.M. Glushkov Institute of Cybernetics of National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev, 2006.

The thesis contains theoretic basis and mathematical models development along with algorithms of information transformation, obtained with small displacement measuring device. Sensitive part of the device is located within the superconductive shield. The algorithms ground on analytic methods of straight magnetostatic’s problem solution with the use of “secondary sources” technique. They further the creation of new information technologies of information transformation in problems dealing with “probe body” displacement value measuring.

Thesis main scientific results are: obtained analytic correlation for electromagnetic processes (electrostatics approach) in suspension system of “gravimeter” sensitive element that allowed to determine main characteristics of device output signal basing on defined dimensions, magnets characteristic and magnetic shield parameters; for the first time there it has been found original equations of mathematical models of electromagnetic processes occurring in sensitive part of displacement sensor conformably to different versions of device design that, unlike already known, take into account influence of container-shield on electromagnetic processes within device; solved important computational problem of magnetic field strength and flux gradient components distribution; written software and performed electromagnetic processes modeling within sensitive part of displacement sensor that allowed to estimate apparatus integral characteristics with different input parameters and perform design optimization during device design time.

Key words: mathematical model, algorithm, information transformation, electromagnetic process computation, magnetometer, SQUID, registration of the small displacements.

Підп. до друку 12.01.2006. Формат 60х84/16. Офс. друк.

Папір офс. Ум. друк. арк. 0,93. Ум. фарбо-відб. 1,16.

Обл.-вид. арк. 1,0. Зам. 5. Тираж 110 прим.

Редакційно-видавничий відділ з поліграфічною дільницею

Інституту кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України

03680, МСП, Київ-187, проспект Академіка Глушкова, 40.