ntvНаучно-технический вестник информационных технологий, механики и оптикиScientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics2226-14942500-0373Университет ИТМО10.17586/2226-1494-2023-23-3-652-658ntv-42Research ArticleМАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕMODELING AND SIMULATIONЭкспериментальный метод оценки динамической погрешности приборов и датчиков в условиях их эксплуатацииExperimental method for estimating the dynamic error of devices and sensors under their operating conditionshttps://orcid.org/0000-0003-3562-6815ГрязинД. Г.GryazinD. G.

Грязин Дмитрий Геннадиевич — доктор технических наук, профессор, главный метролог – начальник отдела; профессор

sc 25638150600 

Санкт-Петербург, 197046;  Санкт-Петербург, 197101 

Dmitry G. Gryazin — D.Sc., Professor, Chief Metrologist, Head of Department

sc 25638150600 

Saint Petersburg, 197046 

volnagdg@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7924-7169БеловаО. О.BelovaO. O.

Белова Ольга Олеговна — кандидат технических наук, старший научный сотрудник

sc 57190378217 

Санкт-Петербург, 197046 

Olga O. Belova — PhD, Senior Researcher 

sc 57190378217 

Saint Petersburg, 197046 

olga_o_belova@mail.ruАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» ; Университет ИТМОРоссияState Research Center of the Russian Federation Concern CSRI Elektropribor, JSCRussian FederationАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»РоссияState Research Center of the Russian Federation Concern CSRI Elektropribor, JSCRussian Federation202311122024233652658Copyright © Грязин Д.Г., Белова О.О., 20242024Грязин Д.Г., Белова О.О.Gryazin D.G., Belova O.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ntv.elpub.ru/jour/article/view/42

Введение. Рассмотрены существующие методы и оборудование для определения динамических характеристик приборов и систем. Предложен новый метод оценки динамической погрешности навигационных приборов. Метод позволит упростить экспериментальную оценку динамической погрешности при контроле характеристик серийных изделий, а также оценить значение погрешности в условиях реальных возмущающих воздействий, соответствующих условиям эксплуатации c использованием испытательного оборудования. Метод. Предложенный метод основан на измерении прибором воспроизводимых стендом псевдослучайных испытательных воздействий в заданном спектре частот, соответствующим условиям эксплуатации прибора. При этом дисперсия динамической погрешности исследуемого прибора определяется как площадь под графиком ее спектральной плотности. Основные результаты. Для реализации метода использован специализированный стенд, позволяющий воспроизводить колебания в заданном спектре частот. Приведены результаты применения разработанного метода при решении задач оценки динамических погрешностей электронного кренометра. Результаты экспериментальных исследований согласуются с полученными ранее результатами натурных исследований. Обсуждение. Разработанный метод позволяет сократить время оценки динамической погрешности серийно выпускаемых датчиков и приборов до 15–20 мин, так как не требует выполнения измерений на каждой частоте в отдельности. Получена возможность оценки погрешности приборов в реальных режимах эксплуатации.

Existing methods and equipment for determining the dynamic characteristics of devices and systems are considered. A new method for estimating the dynamic error of navigation devices is proposed. It makes it possible to simplify the experimental assessment of the dynamic error of serial products as well as to evaluate its value under conditions of real disturbing influences corresponding to operating conditions using test equipment. The method is based on the measurement by the device of pseudo-random test effects reproduced by the stand in a given frequency spectrum corresponding to the operating conditions of the instrument. In this case, the variance of the dynamic error of the device under study is determined as the area under the graph of its power spectral density. To implement the method, it is proposed to use a specialized stand that allows to reproduce oscillations in a given frequency spectrum. The results of the application of the developed method in solving the problems of estimating the dynamic errors of the electronic inclinometer are presented. The results of experimental studies are consistent with the results of field tests obtained earlier. The developed method makes it possible to reduce the time for estimating the dynamic error of sensors and devices to 15–20 minutes because it does not require measurements at each frequency separately, and also allows to evaluate the error of devices in real modes of its operation.

динамическая погрешностьспектральная плотностьусловия эксплуатациистендыиспытанияэлектронный кренометрdynamic errorspectral densityoperating conditionsstandstestselectronic inclinometerИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-29-00090.The study was funded by Russian Science Foundation, Project No. 23-29-00090.ReferencesДенисенко В. Динамическая погрешность измерительных каналов АСУ ТП // Современные технологии автоматизации. 2011. № 2. С. 92–101.Denisenko V. Dynamic error in measuring channels of process control system. Sovremennye tehnologii avtomatizacii, 2011, no. 2, pp. 92– 101. (in Russian)Ривкин С.С. Расчет динамических погрешностей гироскопических устройств на качающемся основании. Научно-производственное объединение «Азимут», 1991. 96 с.Rivkin S.S. Dynamic Errors Calculation of Gyroscopic Devices on an Oscillating Base. NPO Azimut Publ., 1991, 96 p. (in Russian)Грановский В.А. Динамические измерения: учебное пособие. Л.: СЗПИ, 1987. 86 с.Granovskii V.A. Dynamic Measurements. Leningrad, SZPI Publ., 1987, 86 p. (in Russian)Захаров И.П., Сергиенко М.П. Метрологическая идентификация динамических характеристик средств измерительной техники. Харьков: СМИТ, 2012. 226 с.Zakharov I.P., Sergienko M.P. Metrological Identification of the Dynamic Characteristics of Measuring Equipment. Kharkiv, SMIT Publ., 1012, 226 p. (in Russian)Челпанов И.Б., Ефстифеев М.И., Кочетков А.В. Методы испытаний микромеханических датчиков и приборов // Приборы. 2014. № 4(166). С. 16–20.Chelpanov I.B., Kochetkov A.V., Evstifeev M.I. Test methods of micromechanical sensors and devices. Instruments, 2014, no. 4(166), pp. 16–20. (in Russian)Вавилов В.Д., Тимошенков С.П., Тимошенков А.С. Микросистемные датчики физических величин: монография в двух частях. М.: Техносфера, 2018. 550 с.Vavilov V.D., Timoshenkov S.P., Timoshenkov A.S. Microsystem Sensors of Physical Values. Moscow, Technosphera Publ., 2018, 550 p. (in Russian)Нахов С.Ф., Калихман Д.М., Калихман Л.Я., Депутатова Е.А., Скоробогатов В.В., Николаенко А.Ю. Опыт проектирования и изготовления блоков измерителей линейного ускорения на кварцевых маятниковых акселерометрах с аналоговой и цифровой системами управления. Саратов: Саратовский государственный технический университет им. Ю.А.Гагарина, 2021. 240 с.Nakhov S.F., Kalikhman D.M., Kalikhman L.Ia., Deputatova E.A., Skorobogatov V.V., Nikolaenko A.Iu. Experience in Design and Manufacture of Linear Acceleration Meters Units Based on Quartz Pendulum Accelerometers With Analog and Digital Control Systems. Saratov, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov Publ., 2021, 240 p. (in Russian)Грязин Д.Г. Расчет и проектирование буев для измерения морского волнения. СПб.: СПбГИТМО (ТУ), 2000. 134 с.Griazin D.G. Calculation and Design of Buoys for the Confused Sea Measurements. St. Petersburg, Saint Petersburg State University of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2000, 134 p. (in Russian)Калихман Д.М. Прецизионные управляемые стенды для динамических испытаний гироскопических приборов. СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2008. 296 с.Kalikhman D.M. Precision Controlled Stands for Dynamic Testing of Gyroscopic Devices. St. Petersburg, State Research Center of the Russian Federation — Concern CSRI Elektropribor, 2008, 296 p. (in Russian)Грязин Д.Г., Величко О.О., Чекмарев А.Б. Метрологическое обеспечение испытаний микромеханических датчиков и модулей // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2012. № 7. С. 67–77.Gryazin D.G., Velitchko O.O., Chekmarev A.B. Measurement assurance of micromechanical sensors and units testing. Izvestiya Tula State University. Technical Sciences, 2012, no. 7, pp. 67–77. (in Russian)Сатаев А.А. Системный анализ и модели теплогидравлических процессов в оборудовании судовых ЯЭУ при воздействии внешних динамических сил: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Нижегородский государственный политехнический университет им. Р.Е. Алексеева. Нижний Новгород, 2022. 23 с.Sataev A.A. System analysis and models of thermal-hydraulic processes in the equipment of shipboard NPPs under the influence of external dynamic forces. Dissertation abstract for the degree of candidate of technical sciences, Nizhny Novgorod, Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alekseev, 2022, 23 p. (in Russian)Харкевич А.А. Спектры и анализ / 2-е изд. М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1953. 215 с.Kharkevich A.A. Spectra and Analysis. 2nd ed. Moscow, Gosudarstvennoe izdatel’stvo tehniko-teoreticheskoj literatury, 1953, 215 p. (in Russian)Свешников А.А. Прикладные методы теории случайных функций. М.: Наука, 1968. 449 с.Sveshnikov A.A. Applied Methods of the Random Functions Theory. Moscow, Nauka Publ., 1968, 449 p. (in Russian)Рози А.М. Теория информации и связи. М.: Энергия, 1971. 184 с.Rosie A.M. Information and Communication Theory. Blackie, 1966. 175 p.Лэнди Р., Дэвис Д., Албрехт А. Справочник радиоинженера. М., Л.: Госэнергоиздат, 1961. 704 с.Landee R.W., Davis D.C., Albrecht A.P. Electronic Designers’ Handbook. McGraw-Hill, 1957.Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров: определения, теоремы, формулы. М.: Наука, 1974. 832 с.Korn G.A., Korn T.M. Mathematical Handbook for Scientists and Engineers Definitions, Theorems, and Formulas for Reference and Review. McGraw-Hill, 1968, 1130 p.Грязин Д.Г., Величко О.О. Способ определения динамических погрешностей микромеханических инерциальных датчиков и инерциальных измерительных модулей на их основе. Патент RU2546983. Бюл. 2015. № 10.Grjazin D.G., Velichko O.O. method for determining dynamic errors of micromechanical inertial sensors and inertial measurement modules on their basis. Patent RU2546983. 2015. (in Russian)Gryazin D., Belova O. The method for estimating the dynamic error of sensors and modules under their operating conditions and its application // Proc. of the International Russian Automation Conference (RusAutoCon). 2022. P. 777–781. https://doi.org/10.1109/rusautocon54946.2022.9896370Gryazin D., Belova O. The method for estimating the dynamic error of sensors and modules under their operating conditions and its application. Proc. of the International Russian Automation Conference (RusAutoCon), 2022, pp. 777–781. https://doi.org/10.1109/rusautocon54946.2022.9896370Грязин Д.Г., Гороховский К.С. Новые средства контроля динамических погрешностей магнитных компасов // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2021. Т. 64. № 7. С. 567– 575. https://doi.org/10.17586/0021-3454-2021-64-7-567-575Gryazin D.G., Gorokhovsky K.S. New tools for monitoring the dynamic errors of magnetic compasses. Journal of Instrument Engineering, vol. 64, no. 7, pp. 567–575. (in Russian). https://doi.org/10.17586/0021-3454-2021-64-7-567-575

The authors declare that there are no conflicts of interest present.