The object of research, development or design (in Russian) : Теоретические и практические вопросы по разработке совмещенных волоконно-оптических и МЭМС датчиков физических величин для энергетики и машиностроения

The object of research, development or design (in Kazakh) : Энергетика мен машина жасау салаларына арналған біріккен волоконды-оптикалық және МЭМС физикалық шамалар датчиктерін әзірлеудің теориялық және практикалық мәселелері

Aim of work (in Russian) : В процессе выполнения проекта, исходя из новизны данного направления и ранее проведенных экспериментальных работ в области ВОД и МЭМС датчиков, следует дополнительно исследовать вопросы расширения номенклатуры измеряемых ФВ, теоретические вопросы генерации, распространения и изменение излучения и характеристик полупроводников под одновременным воздействием различных параметров.

Aim of work (in Kazakh) : Жобаны іске асыру барысында осы бағыттың жаңалығы негізінде және бұрын VOD және MEMS датчиктері саласында жүргізілген тәжірибелік жұмыстар негізінде өлшенетін PV диапазонын кеңейту мәселелерін, генерациялаудың теориялық мәселелерін одан әрі зерттеу қажет. , әртүрлі параметрлердің бір мезгілде әсерінен жартылай өткізгіштердің сәулеленуінің және сипаттамаларының таралуы мен өзгеруі.

Методы исследования (на русском) : Исследования основаны на комплексе теоретических, численных, экспериментальных и интеллектуальных методов. Применены теоретические методы анализа состояния технологий, формализации физических процессов и математического моделирования распространения оптического сигнала. Использованы численные алгоритмы для расчёта дисперсии, нелинейных эффектов, межмодового взаимодействия, фазовых и спектральных характеристик. Проведены факторные и тестовые расчёты для анализа чувствительности конструкции, устойчивости моделей к шумам и вариативности параметров. Экспериментальные методы включают изготовление лабораторных модулей, построение испытательного стенда и отработку методик калибровки и компенсации взаимных влияний каналов. Дополнительно применяются методы искусственного интеллекта для фильтрации, разделения факторов воздействия, компенсации дрейфа и повышения точности интерпретации сигналов.

Методы исследования (на казахском) : Жоба аясында теориялық, сандық, эксперименттік және интеллектуалдық зерттеу әдістері қолданылды. Теориялық әдістер оптикалық сигналдың таралуын, физикалық процестерді формализациялауды және математикалық модельдеуді қамтиды. Сандық әдістер дисперсияны, бейсызық эффектілерді, модалар арасындағы өзара әсерді, фазалық және спектрлік сипаттамаларды есептеуге бағытталған. Сандық эксперименттер модельдердің тұрақтылығын, параметрлер өзгерісіне сезімталдығын және конструкцияның тиімділігін зерттеуге мүмкіндік берді. Эксперименттік әдістер зертханалық модульдер дайындауды, сынақ стендінде өлшеулер жүргізуді, калибрлеу және компенсация әдістемелерін қалыптастыруды қамтиды. Қосымша ретінде нейрожелілік алгоритмдер шумдарды сүзуге, әсер факторларын бөлуге, дрейфті компенсациялауға және сигналдарды дәл интерпретациялауға қолданылады.

Obtained results and novelty (in Russian) : Проведён анализ волоконно-оптических (ВОД) и микромеханических (МЭМС) датчиков, определены ключевые параметры: давление, температура, вибрация и деформация. Показано, что многопараметрические ВОД повышают информативность мониторинга и уменьшают число датчиков. Изучены конструкции ВБР, интерферометров и методы цифровой обработки, включая алгоритмы ИИ. Разработаны физические и математические модели оптоволоконного канала и МЭМС-элементов с учётом дисперсии, поляризации и нелинейных эффектов. Численные эксперименты подтвердили корректность моделей и их масштабируемость. Сформулирована концепция интегрированного датчика, объединяющего ВОД и несколько МЭМС-чувствительных элементов. Датчик одновременно измеряет разные величины, отличается компактностью, высокой чувствительностью и взрывобезопасностью. Реализовано электроадгезивное крепление волокна к МЭМС-структуре и методы снижения перекрёстных помех. Созданы мультифизические модели одновременного механического, теплового и электромагнитного воздействия, реализована температурная компенсация и учтены важные нелинейные эффекты. Изготовлены лабораторные образцы, проведены испытания. Нейросетевой алгоритм улучшил отношение сигнал/шум и разделил воздействующие факторы. Датчик показал низкий дрейф и превосходство над аналогами. Результаты подтверждают научную новизну и эффективность разработанной концепции.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Волоконды-оптикалық (ВОД) және микромеханикалық (МЭМС) датчиктерге талдау жүргізіліп, негізгі параметрлер анықталды: қысым, температура, вибрация және деформация. Көппараметрлік ВОД мониторингтің ақпараттылығын арттырып, датчиктер санын азайтатыны көрсетілді. ВБР, интерферометрлер және ЖИ әдістері қарастырылды. Оптоволокондық арна мен МЭМС элементтердің физикалық-математикалық модельдері жасалып, дисперсия, поляризация және бейсызық эффектілер ескерілді. Сандық эксперименттер модельдердің дұрыстығын растады. Интеграцияланған ВОД+МЭМС датчик тұжырымдамасы ұсынылды. Датчик бірнеше шаманы бір уақытта өлшейді, ықшам, сезімтал және жарылыстан қорғалған. Оптоволокнаны МЭМС құрылымына электроадгезивтік бекіту және арналар арасындағы кедергіні азайту әдістері енгізілді. Механикалық, жылулық және электромагниттік әсерлерді ескеретін мультифизикалық модельдер құрылды. Температуралық компенсация және маңызды бейсызық әсерлер есепке алынды. Зертханалық үлгілер дайындалып, сынақтан өтті. Нейрожелілік алгоритм сигнал/шу қатынасын жақсартты және факторларды дәл ажыратты. Датчиктің дрейфі өте төмен болып, аналогтардан жоғары нәтиже көрсетті. Нәтижелер ұсынылған концепцияның жаңалығы мен тиімділігін дәлелдеді.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Разрабатываемый совмещённый волоконно-оптический датчик давления и температуры представляет собой модульную конструкцию, объединяющую оптоволоконный канал передачи сигнала и несколько микромеханических чувствительных элементов. Использование брэгговских решёток, интерферометрических структур и МЭМС-преобразователей обеспечивает регистрацию давления, температуры и сопутствующих параметров в одном устройстве. Конструкция датчика характеризуется высокой устойчивостью к вибрациям, перегрузкам, температурным перепадам и электромагнитным воздействиям, а также полной взрывобезопасностью. Оптоволоконная линия не содержит электроники в зоне измерения, что обеспечивает радиационную стойкость и возможность применения в промышленно опасных объектах. К технико-экономическим показателям относятся: - снижение затрат за счёт объединения нескольких функций в одном приборе; - сокращение числа датчиков на объекте; - повышение долговечности и снижение затрат на обслуживание; - технологическая совместимость конструкции с массовым микро- и оптоволоконным производством; - потенциал импортозамещения благодаря разработке отечественных многофункциональных сенсорных модулей.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Әзірленіп жатқан біріккен оптоволокондық қысым және температура датчигі оптикалық талшық арқылы сигнал беруді және бірнеше микромеханикалық сезімтал элементтерді біріктіретін модульдік құрылымға ие. Брэгг торлары, интерферометрлік құрылымдар және МЭМС-түрлендіргіштерді қолдану арқылы бірнеше физикалық шаманы бір құрылғыда тіркеуге болады. Датчик конструкциясы вибрацияға, температура өзгерістеріне, электромагниттік әсерлерге және механикалық жүктемелерге жоғары төзімді. Өлшеу аймағында электроника болмағандықтан, құрылғы жарылыстан қорғалған және радиациялық тұрақты. Техникалық-экономикалық көрсеткіштері: - бірнеше функцияны біріктіру арқылы шығындарды азайту; - объектідегі датчиктер санын қысқарту; - ұзақ қызмет ету мерзімі және қызмет көрсету шығындарының төмендеуі; - массалық микроөндіріс пен оптоволокондық технологиялармен үйлесімділік; - көпфункционалды отандық сенсорларды әзірлеу арқылы импортты алмастыру мүмкіндігі.

Level of implementation (in Russian) : На текущем этапе выполнена аналитическая, научно-техническая и модельная часть работы: сформированы базовые параметры датчика, разработаны физические и математические модели оптоволоконного канала и МЭМС-элементов, проведены численные эксперименты и подготовлена дорожная карта дальнейших опытно-конструкторских работ. Сформированы требования к конструкции, алгоритмам обработки и метрологическому контролю, а также схемы интеграции и методы компенсации внешних воздействий. Прототип датчика будет изготовлен на третьем году выполнения проекта. На данный момент ведётся подготовка к изготовлению лабораторных модулей и испытательного стенда, а также отработка алгоритмов обработки, фильтрации, компенсации дрейфа и межканальных взаимодействий.

Level of implementation (in Kazakh) : Қазіргі кезеңде жобаның аналитикалық, теориялық және модельдік бөлігі орындалды: датчиктің базалық параметрлері мен талаптары анықталды, оптоволокондық арна мен МЭМС-элементтердің физикалық-математикалық модельдері әзірленді, сандық эксперименттер жүргізілді және одан арғы тәжірибелік-конструкторлық жұмыстардың жол картасы дайындалды. Конструкцияға, өңдеу алгоритмдеріне және метрологиялық бақылауға қойылатын талаптар қалыптастырылды. Датчик прототипі жобаның үшінші жылында дайын болады. Қазіргі уақытта зертханалық модульдерді дайындауға және сынақ стендін құруға дайындық жүріп жатыр, сондай-ақ өңдеу, сүзгілеу, дрейфті және арналар өзара әсерін компенсациялау алгоритмдері пысықталуда.

Efficiency (in Russian) : Ожидаемая эффективность заключается в совокупности технических, эксплуатационных и экономических преимуществ. Техническая эффективность обеспечивается высокой точностью измерения, устойчивостью к помехам, возможностью многопараметрической регистрации и применением математических моделей, учитывающих дисперсию, нелинейность, поляризацию и механические влияния. Эксплуатационная эффективность проявляется в повышении безопасности объектов, снижении количества оборудования, возможности дистанционного мониторинга и высокой надёжности конструкции в тяжёлых условиях эксплуатации. Экономическая эффективность достигается за счёт импортозамещения, уменьшения затрат на закуп и обслуживание оборудования, а также возможности серийного производства модульных датчиков. В результате создаётся новая платформа совмещённых ВОД+МЭМС-сенсоров, позволяющая решать задачи, ранее недоступные традиционным инструментальным системам.

Efficiency (in Kazakh) : Жобаның тиімділігі техникалық, эксплуатациялық және экономикалық артықшылықтармен айқындалады. Техникалық тиімділік жоғары дәлдікпен, помехаларға төзімділікпен, көппараметрлік тіркеу мүмкіндігімен және оптикалық-механикалық процестерді толық ескеретін модельдермен қамтамасыз етіледі. Эксплуатациялық тиімділік қауіпті өндірістік объектілерде қауіпсіздікті арттырумен, құрал-жабдық санын азайтумен, қашықтан мониторинг мүмкіндігімен және датчиктің сенімді жұмысымен көрінеді. Экономикалық тиімділік импортты алмастырумен, жабдықты сатып алу және қызмет көрсету шығындарының азаюымен, модульдік датчиктерді сериялы жасау мүмкіндігімен қамтамасыз етіледі. Нәтижесінде ВОД+МЭМС біріккен сенсорларының жаңа платформасы қалыптасып, дәстүрлі жүйелер орындай алмаған міндеттерді шешуге жол ашады.

Field of application (in Russian) : В процессе выполнения настоящего проекта будут получены научные результаты, которые найдут применение в иных областях, например, в аэрокосмической отрасли. в контрольно – измерительных технике, автоматике и машиностроении

Field of application (in Kazakh) : Осы жобаны іске асыру нәтижесінде алынған ғылыми жетістіктер ғарыш-авиация өнеркәсібі, бақылау-өлшеу техникасы, автоматика және машина жасау сияқты өзге де салаларда кеңінен қолданылуы мүмкін.