Научно-исследовательская работа кафедры

Научные исследования кафедры ведутся по следующим основным направлениям:

1. Разработка лазерных прецизионных средств измерения угловых параметров движения и углоизмерительной аппаратуры

Работы кафедры по использованию кольцевых лазеров в прецизионных угловых измерениях привели к созданию нового научного направления – лазерной динамической гониометрии. Лазерная динамическая гониометрия сформировалась в самостоятельное научное направление, которое, используя фундаментальные свойства лазеров с кольцевым резонатором, привело к разработке и широкому применению техники прецизионных высокоскоростных угловых измерений в фундаментальных физических и метрологических исследованиях, аттестации преобразователей угла различных типов, оценке статических и динамических параметров сложного углового движения объектов различного класса.

При проведении исследований в данном направлении, решаются следующие основные задачи:

  • Разработка методов и средств определения углового положения объекта в динамике;
  • Разработка лазерных гониометрических систем калибровки преобразователей угла и угловых мер;
  • Создание образцовых и эталонных средств воспроизведения единицы плоского угла в динамике на базе кольцевых лазеров и фотоэлектрических преобразователей угла;
  • Создание технологии производства и поверки прецизионных угловых шкал на основе методов лазерной гониометрии;
  • Разработка лазерных рефрактометров для прецизионного измерения показателя преломления различных веществ.

Результаты проведенных работ привели к созданию опытной серии лазерных гониометрических систем, используемых в настоящее время на ряде отечественных и зарубежных предприятий.

2. Разработка микромеханических чувствительных элементов для бесплатформенных инерциальных систем навигации и ориентации

 Данное научное направление является для кафедры новым, работы в нем начали проводиться с 1999 г. Начало работ в данном направлении обусловлено бурным развитием в последние годы микромеханических чувствительных элементов (ММЧЭ), при создании которых используется технология микроэлектроники. Существенно проигрывая пока в точности традиционным чувствительным элементам, ММЧЭ характеризуются значительно меньшими размерами и стоимостью. На кафедре разрабатываются микромеханические акселерометры с использованием поверхностных акустических волн. Проводится анализ и выбор наиболее перспективных направлений разработки микрооптических гироскопов. Работы ведутся совместно с Центром микроэлектроники и диагностики СПбГЭТУ.

3. Инерциально-спутниковые технологии обеспечения безопасности движения железнодорожного транспорта

Проводятся исследования и разработка инерциальных методов и средств контроля под нагрузкой геометрических параметров рельсовых путей. В разработках широко применяются инерциальные и неконтактные методы измерения, которые позволят существенно повысить скорость движения путеизмерительных средств (для железнодорожного транспорта до 300 км/час).

Разрабатывается компьютеризированная система сбора, обработки и передачи измерительной информации.

Развиваются методы элементов и систем со стереоскопическими телевизионными камерами, датчиками линейных перемещений и микромеханическими чувствительными элементами. Исследования проводятся совместно с центром исследования железных дорог Германии (г. Минден). Экспериментальные образцы систем и их элементов внедрены в вагоне-лаборатории «ВИКС», вагоне-дефектоскопе ОАО «Радиоавионика», путеизмерительном вагоне метрополитена Санкт-Петербурга, в центре исследования железных дорог Германии. Ведется активное взаимодействие по данному направлению с группой компаний «Твема», НПЦ «Инфотранс», ЗАО «Электрооптика».

4. Разработка автоматизированных средств исследования метрологических характеристик микромеханических чувствительных элементов и навигационных систем на их основе

На определенных этапах разработки современных микромеханических чувствительных элементов навигационных систем ставится задача об их испытаниях и калибровке в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным. Этим требованиям отвечают испытательные стенды зарубежных производителей, таких как Acutronic, Actidyn, Ideal Aerosmith и др. На кафедре были разработаны современные малогабаритные автоматизированные одно-, двух- и трёхосные стенды, позволяющие проводить испытания и калибровку инерциальных чувствительных элементов и навигационных систем на их основе с высокой точностью, в широком диапазоне угловых скоростей и широком диапазоне температур.

Стенды полностью удовлетворяют требованиям стандартов IEEE в рамках испытания и калибровки микромеханических чувствительных элементов и, при этом, имеет лучшие по сравнению со своими зарубежными аналогами массогабаритные, эксплуатационные и стоимостные характеристики.

В настоящее время ведутся работы по метрологическому обеспечению (проведение испытаний с целью утверждения типа средства измерений) разработанных испытательных стендов совместно с ВНИИМ им Д.И. Менделеева

Среди потребителей таких систем выступают ведущие отечественные производители инерциальных чувствительных элементов, навигационного оборудования и систем безопасности в автомобилестроении, авиации и ж/д транспорте, такие как ЦНИИ «Электроприбор», ОАО «Авангард», ОАО «Радиоавионика» и различные научно-исследовательские институты ВНИИМ, МФТИ, ЦМИД и т.д.

 

 

 

5. Разработка интегрированных систем ориентации и навигации на микромеханических чувствительных элементах, лазерных и волоконно-оптических гироскопах

Существует большой круг навигационных задач, решение которых возможно лишь при использовании интегрированных систем навигации, построенных на базе микромеханических чувствительных элементов. Часто такие системы используются для навигации беспилотных летательных аппаратов, подземной и внутритрубной навигации.

Коллективом кафедры ведется разработка таких навигационных систем, которые должны функционировать в некомфортных температурных условиях при сильных механических воздействиях. Современный уровень развития элементной базы радиоэлектронных компонентов и конструкционных материалов позволяет создавать навигационные системы, имеющие малые массогабаритные характеристики и позволяющие решать навигационную задачу с высокой точностью благодаря комплексированию со спутниковой навигационной системой и различными первичными преобразователями.

Разрабатываются магнито-инерциальные методы навигации и мониторинга магнитных полей. Методы и их техническая реализация основаны на использовании трехкомпонентного магнитометра и системы ориентации на лазерных гироскопах и акселерометрах.

Разработанные методы полностью снимают ограничения, существующие при проведении измерений магнитного поля на ферромагнитных носителях любого рода. Погрешности проводимых измерений определяются точностью магнитометра, системы ориентации и алгоритмов обработки информации. Проведены натурные испытания на гидрографическом судне ГС-403 в Балтийском море, подтвердившие эффективность метода.

В результате выполненных измерений на борту ферромагнитного судна, построены крупномасштабные карты компонент магнитного поля.

 6. Разработка средств измерений для сейсмологических исследований

Вращательная сейсмология является сравнительно молодым направлением в геофизике и занимается изучением различных аспектов угловых сейсмических колебаний. Для регистрации этих колебаний необходимо создание специализированных измерительных средств. В течении последних нескольких лет кафедра ЛИНС активно занимается этой задачей в сотрудничестве с ведущими зарубежными исследователями из США, Германии, Италии, Чехии, Тайваня.

При проведении исследований в данном направлении, решаются следующие основные задачи:

  • разработка приборов для регистрации вращательного движения, вызванного землетрясениями;
  • разработка методов коррекции показаний сейсмографов в условиях сильных воздействий в эпицентральной зоне землетрясения;
  • исследование возможностей применения приборов регистрации вращательного движения для мониторинга состояния высотных зданий.

7. Прикладные оптические системы для измерительных целей

Решение различных измерительных задач сегодня связано с применением разнообразных оптических и оптоэлектронных систем, включая методы динамической голографии и интерферометрии, гартмановские датчики, компьютерное видение, измерение в реальном времени малых визуальных смещений различных объектов и т.п.

Для решения этих и других прикладных задач на кафедре в 2008 г. создана оптическая лаборатория.

 

Лаборатория оснащена современным оптическим оборудованием, различными лазерами и специализированными оптическими системами, включая интерферометр Физо апертурой 100 мм, другие интерферометры, адаптивную оптическую систему и разнообразные системы компьютерного видения.

Ряд исследований производится совместно с Государственным Оптическим Институтом.

 

 

8. Разработка высокостабильных лазеров и лазерное 3-D сканирование

Решение современных измерительных задач в научной сфере и промышленном производстве (в т.ч., измерение абсолютной длины, перемещений, качества поверхностей и т.д.) требуют создания малогабаритных лазеров с высокой стабильностью выходных параметров (частоты, уровня мощности излучения и др.). При проведении научных исследований в данной области на кафедре ЛИНС решаются следующие основные задачи:

  • разработка малогабаритных высокостабильных твердотельных лазеров;
  • стабилизация частоты твердотельных лазеров;
  • применение твердотельных лазеров в интерферометрах.

Эти работы ведутся совместно с Институтом Астрономии РАН, Санкт-Петербургским политехническим университетом и Государственным оптическим институтом им. С.И. Вавилова.

Трехмерное лазерное сканирование является новым, но быстро развивающимся направлением в области лазерных измерительных технологий. Данная технология позволяет получать цифровые 3-D модели, которые содержат высокоточную информацию о геометрической форме и размерах исследуемых объектов. Области применения лазерного сканирования включают архитектуру, промышленность, медицину и решение различных задач в области сохранения культурно-исторического наследия. Научно-исследовательские работы в данной области включают:

  • исследование возможности повышения точности измерений и создания 3-D моделей, получаемых с помощью лазерного сканирования;
  • метрологическое обеспечение измерений, проводимых с помощью лазерных и оптических 3-D сканеров.

Научные исследования в области лазерного 3-D сканирования ведутся в рамках сотрудничества с ООО «Ресстрой» (г.Санкт-Петербург) и рядом университетов и научно-исследовательских институтов Италии.

Работы по обоим научно-исследовательским направлениям ведутся на кафедре под руководством к.т.н., доцента Парфенова В.А.

 

Защищенные диссертации за 2011 - 2013 года

1) Иванов Павел Алексеевич

Название: «Разработка и исследование методов испытаний микромеханических инерциальных модулей»

Шифр специальности05.11.16

Дата защиты диссертации: 07.12.2011

2) Николаев Максим Сергеевич

Название: «Разработка и исследование методов измерения межгранных углов прозрачных призм на основе динамического гониометра»

Шифр специальности05.11.16

Дата защиты диссертации: 25.12.2012

Защиты, прошедшие на факультете в 2013 году

- докторские:

Боронахин А.М. «Интегрированные инерциальные технологии динамического мониторинга рельсового пути», д.т.н. (специальность 05.11.03)

- кандидатские:

Иващенко Е.М. «Разработка методов исследования динамических гониометров для калибровки преобразователей угла», к.т.н. (специальность 05.11.16)

Защиты, прошедшие на факультете в 2014 году

- кандидатские:

Чистяков В. В. «Архитектура приемника спутниковой навигации для космических аппаратов и методы первичной обработки сигналов», к.т.н. (специальность 05.11.03)

Чан Т. Д. «Разработка и исследование интегрированной системы ориентации для стабилизации вертикального движения судна на подводных крыльях», к.т.н. (специальность 05.11.03)

Шалымов Р. В. «Разработка и исследование инерциальной системы мониторинга рельсового пути», к.т.н. (специальность 05.11.03)

Защиты, прошедшие на факультете в 2015 году

- кандидатские:

Дао В.Б. «Динамический метод исследования погрешностей триады микромеханических акселерометров», к.т.н. (специальность 05.11.03)

Планируемые защиты

- кандидатские:

Горелая А.В. «Оптическая система определения взаимного положения объектов в задачах диагностики рельсового пути», к.т.н. (специальность 05.11.16)

Ларичев Р.А. «Исследование влияния неплоскостности отражающих поверхностей на точность угловых измерений», к.т.н. (специальность 05.11.16)

Ле В.Ч. «Гирокомпас с квазигармонической автокомпенсационной подставкой», к.т.н. (специальность 05.11.03)