Российский университет дружбы народов Лаборатория «Вычислительного эксперимента и систем автоматизации физических измерений» Кафедра экспериментальной физики Центр прикладных информационных технологий Российского университета дружбы народов ОПИСАНИЕ В рамках приоритетного национального проекта в РУДН на кафедре экспериментальной физики создается магистерская программа «Прикладная физика и физическая информатика». Одним из результатов реализации инновационной программы явилось создание новой лаборатории - «Вычислительного эксперимента и систем автоматизации физических измерений». Базой лаборатории стал Центр прикладных информационных технологий Российского университета дружбы народов, созданный, вместе с другими 7-ю региональными центрами в рамках ФЦП «Развитие единой образовательной информационной среды (2001-2005 годы)». Целью создания лаборатории является обеспечение практической подготовки специалистов и проведения НИР в области разработки программного обеспечения и программно-аппаратных средств последнего поколения широкого спектра практического применения. Область деятельности Основные научные направления лабораторий Разработка современных программно-аппаратных средств широкого спектра применения: развитие и совершенствование системы подготовки специалистов в области естественных и инженерных наук; внедрение современных прикладных информационных технологий в образование и научные исследования; поставка аппаратных и программных средств для учреждений РФ; выполнение работ по заказам предприятий и организаций; подготовка специалистов на курсах. Назначение лабораторий Создание лабораторий было обусловлено необходимостью поддержки лабораторными практикумами новых курсов по направлению «Прикладная физика и физическая информатика»: Современные методы вычислительного эксперимента в прикладной физике; Cовременные численно-аналитические пакеты для сложных инженерно-физических вычислений; Электронные методы и приборы в современной измерительной технике; Современные графические среды программирования. Лаборатория оснащена оборудованием необходимым для выполнения НИРС и НИР по основному и перспективным направлениям научных исследований, а также позволяет проводить занятия по смежным дисциплинам физического, физико-химического, профиля, а также выполнять работы курсового и дипломного проектирования. Научные связи Направление исследовательских работ и выполненные совместные проекты позволили установить прочные связи с рядом институтов РАН, высших учебных заведений РФ и организаций: РНЦ «Курчатовский университет» Институт металлургии РАН Московский государственный университет Тюменский государственный университет нефти и газа Новосибирский государственный технический университет Самарский государственный университет Таганрогский государственный радиотехнический университет Хабаровский государстивенный технический университет Нижегородский государственный университет Корпорация «National Instruments» Учебная деятельность Цели и задачи приобретение студентами знаний и навыков для самостоятельной работы по разработке численных моделей для изучения сложных физических явлений ; приобретение студентами знаний и навыков для работы с современными численно-аналитическими пакетами для профессиональных вычислений и моделирование сложных физических и технических систем; приобретение студентами знаний в области создания комплексных измерительных систем и систем управления сложным физическим экспериментом; обеспечение базовой подготовки в области использования среды графического программирования LabVIEW; получение практических навыков в области современных методов сбора и обработки экспериментальных данных с использованием новейших цифровых технологий; Практическая работа студентов в учебно-научной лаборатории Разработка, и постановка практических заданий практикумов по курсам дисциплин Значимые публикации Андреев, Чупров, Корольков Технологии Labview в преподавании техники физического эксперимента 3Международная Научно-Практическая Конференция «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде Labview и технологии National Instruments» Сборник трудов В.В. АНДРЕЕВ, В.И. КОРОЛЬКОВ, Д.В. ЧУПРОВ ТЕХНОЛОГИИ NATIONAL INSTRUMENTS В ФИЗИЧЕСКОМ ПРАКТИКУМЕ РУДН 4-Международная Научно-Практическая Конференция «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде Labview и технологии National Instruments» Сборник трудов А.А. БАЛМАШНОВ, В.В. АНДРЕЕВ А.В. КАЛАШНИКОВ НЕУСТОЙЧИВОСТИ ПРОДОЛЬНОГО ТИПА (СТРАТЫ) В ПЛАЗМЕ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА. 4-Международная Научно-Практическая Конференция «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде Labview и технологии National Instruments» Сборник трудов В.И. КОРОЛЬКОВ УЧЕБНЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ СВОЙСТВ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ 4-Международная Научно-Практическая Конференция «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде Labview и технологии National Instruments» Сборник трудов В.В.АНДРЕЕВ, Г.В.НИКИТИН, В.Ю.САВАНОВИЧ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ СТЕНД – МИКРОВОЛНОВЫЙ ПЛАЗМЕННЫЙ ИСТОЧНИК РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 5-Международная НаучноПрактическая Конференция «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде Labview и технологии National Instruments» Сборник трудов В.И. Корольков, Д.В.Чупров АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК МАГНИТОТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ 5-Международная Научно-Практическая Конференция «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде Labview и технологии National Instruments» Сборник трудов Значимые публикации Андреев В.В., Калашников А.В.,Корольков В.И., Чупров Д.В.,Умнов А.М Современный физический лабораторный практикум для средних и средних специальных учебных заведений 5-Международная Научно-Практическая Конференция «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде Labview и технологии National Instruments» Сборник трудов В.В.Андреев ТЕХНОЛОГИИ NI В МАГИСТЕРСКОЙ ПРОГРАММЕ «ПРИКЛАДНАЯ ФИЗИКА И ФИЗИЧЕСКАЯ ИНФОРМАТИКА» ИННОВАЦИОННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЕКТА РУДН 6-Международная НаучноПрактическая Конференция ESEA-NI РФ, Москва, РУДН, Сборник трудов В.Ю. Саванович ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ТЕРМОТРАНСФЕРНОЙ МАРКИРОВКИ ИЗДЕЛИЙ. 6Международная Научно-Практическая Конференция ESEA-NI РФ, Москва, РУДН, Сборник трудов Д.В. Чупров РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО СТЕНДА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ОСТАТОЧНОГО ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЯ (RRR) СВЕРХПРОВОДНИКОВ. 6-Международная НаучноПрактическая Конференция ESEA-NI РФ, Москва, РУДН, Сборник трудов В.В.Андреев, В.В.Калякин АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ СТЕНД РЕНТГЕНОВСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ПЛАЗМЫ Российский университет дружбы народов 6-Международная Научно-Практическая Конференция ESEA-NI РФ, Москва, РУДН, Сборник трудов Ю.М. Соколов, В.И.Корольков ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ДИФРАКЦИОННЫЕ ДАТЧИКИ МАЛЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ И КОЛЕБАНИЙ 6-Международная Научно-Практическая Конференция ESEA-NI РФ, Москва, РУДН, Сборник трудов Д.В. Чупров,Р.В. Белянкин, А.А. Андреев, В.И. Корольков Разработка автоматизированного стенда для исследования плазменных процессов синтеза нанопорошков. 6-Международная Научно-Практическая Конференция ESEA-NI РФ, Москва, РУДН, Сборник трудов Приборное оснащение лабораторий для поддержки учебных дисциплин и курсов Все курсы и учебные дисциплины, проводимые в данных лабораториях, объединяет то, что в них применяется новейшее профессиональное измерительное оборудование широкого спектра применения ведущих мировых производителей: Agilent, Tektronix, National Instruments, Motech, GW Instek. Стенд управления движением на базе системы NI CompactRIO •Управление трехкоординатным сервоприводом по схеме полного моста; •параллельное управление до 8 ШД от встроенного источника питания 24 В; •параллельное управление до 8 ШД от внешнего источника питания 5–60 В; •считывание сигналов угловых и линейных энкодеров; •синхронизация с точностью не хуже 0,1 мс; универсальность, гибкое управление, возможность переконфигурации системы под широкий класс задач управления перемещением; •автозапуск с возможностью удаленного управления. Стенд автоматизированных температурных измерений на базе системы NI SCXI •32 канала для термопарных измерений (все типы термопар, наличие холодного спая); •32 канала для измерений сигналов термометров сопротивлений (четырех точечная схема, возбуждение постоянным и переменным током 100 мкА); •8 каналов прецизионных измерений перемещений и микроперемещений (подключение мостовых и полумостовых датчиков линейных и угловых перемещений, программируемое возбуждение, входной диапазон и полоса пропускания каждого канала). Система высокоточного помехоустойчивого сбора данных и управления на базе промышленного компьютера с шиной PXI •Сверхтихий (42 дБ) промышленный компьютер для задач прецизионных измерений и управления; программируемый мультиметр с изолированными АЦП (±300 В); •8-канальный 60 МГц дигитайзер с памятью на 60 млн. отсчетов •Карта сбора данных 16 аналоговых каналов 250 кГц •Линии цифрового ввода вывода с поддержкой TTL и CMOS логики Программируемый генератор AFG-3252 GPIB •Программируемый генератор сигналов специальной и произвольной формы в полосе до 240 МГц. •Синусоидальный, прямоугольный, треугольный, экспоненциальный, гауссов, шумоподобный и др. сигналы. •Возможность задания произвольного сигнала в аналитическом или табличном виде. •Амплитудная, частотная, фазовая модуляция, фазовая манипуляция, ШИМ. •Свиппирование по уровню и частоте. •Интерфейсы для соединения с компьютером: USB, LAN, GPIB. •Хорошая степень интеграции с современными средами программирования. Математическое и программное обеспечение лаборатории На всех компьютеризированных рабочих местах лаборатории установлено лицензионное программное обеспечение: • операционная система Microsoft Windows; • офисный пакет Microsoft Office; • программный комплекс NI LabVIEW; • компилятор Intel Visual Fortran; • пакеты компьютерной алгебры: MATHLAB, Maple, MathCad • пакеты Adobe Photoshop CS3, Adobe Acrobat Научные разработки. Инновационная составляющая организации учебного процесса и НИР Современные программно-аппаратные средства широкого спектра применения; Инструментальная среда для исследования динамики заряженных частиц в электромагнитных полях различной пространственной и временной конфигурации. В процессе обучения и выполнения работ по НИР используется прогрессивная технология виртуальных приборов, серьезным образом изменившая подходы и методику проведения исследований и разработок Инструментальная среда, разработанная для постановки модельного физического эксперимента Разработана трехмерная визуализированная модель, позволяющая изучать движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях различных конфигураций, включая резонансные взаимодействия заряженных частиц с электромагнитными полями. Численная модель реализована на языке Fortran 10.1. Графическая часть программы выполнена с использованием средств Visual C++ и OpenGL, а также редакторов графических изображений – 3D Studio Max и Adobe Photoshop. Инструментальная среда для создания виртуальных физических установок Преимущества и новизна применения в учебном процессе и научных исследованиях: возможность создания виртуальных установок с широко варьируемыми параметрами; «освобождение» экспериментатора от обязательного знания программирования; визуализированное (анимированное) представление результатов в ходе вычислительного эксперимента; анимационная демонстрация исследуемых процессов и явлений Лабораторные практикумы с возможностью удаленного доступа Имеющаяся аппаратура и программное обеспечение позволяет проводить ряд лабораторных занятий в режиме удаленного доступа через Интернет, используя разрабатываемый ресурс. Учебно-научное и коммерческое использование оборудования Выполненные проекты 1. Линия автоматизации нанесения и распознавания маркировки труб на ремонтной трубной базе. Заказчик: Коми ЛукОЙЛ. г. Усинск 2. Система автоматического распознавания маркировки кристаллов. Заказчик: Монокристалл. Концерн "ЭНЕРГОМЕРА". г. Ставрополь 3. Комплексная автоматизация линии тестирования статического дисбаланса покрышек. Заказчик: НИИШП. г. Москва 4. Автономная измерительная специализированная система тестирования лифтов на базе ВИК-1. Заказчик: "Щербинский Лифтостроительный Завод". г. Щербинка 5. Автоматизированная установка измерения параметров ферромагнитных материалов Заказчик: Институт металлургии РАН 6. Автоматизированный стенд управления плазменными процессами при синтезе нанопорошков. Заказчик: Институт металлургии РАН 7. Аппаратно-программноый комплекс измерения вольтамперных характеристик при промышленном изготовлении сверхпроводников Заказчик: РНЦ «Курчатовский институт», «Институт сверхпроводимости и физики твердого тела" Наиболее значимые внедренные проекты МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ВИК-1 (Внедрен в испытательном центре Щербинского Лифтостроительного Завода) •Измерение аналоговых сигналов (16 каналов) •Измерения с синхронизацией •Счетчики/таймеры (два 24-битных) •Дискретные вводы/выводы •Аналоговый вывод НЧ сигналов ФУНКЦИИ АНАЛИЗА ИЗМЕРЯЕМОГО СИГНАЛА: •Измерение основных параметров сигналов •Спектральный и гармонический анализ сигналов •Измерение коэффициента нел. искажений сигнала •Измерение времен переходных процессов •Программная фильтрация сигналов •Анализ времени группового запаздывания •Программное интегрирование и дифференцирование сигналов •Генерирование НЧ сигналов произвольной формы •Аналоговая и/или цифровая синхронизация •Использование счетчиков/таймеров •Экспорт измерений и результатов анализа, •Ведение встроенной базы данных измерений •Возможность долговременных измерений Наиболее значимые внедренные проекты Автоматизированная линия контроля дисбаланса покрышек ЛКД-16М (Внедрен НИИШП. г. Москва ) Основные технические характеристики •Пропускная способность – 200 покрышек/час •Допустимые типоразмеры покрышек – R13 – R14 •Погрешность определения значения дисбаланса - ±30 г·см •Погрешность определения расположения «легкого» места - ±2º •Сортность – 3 сорта •Управление механизмами – пневматическое (4 – 5 атм) •Управление шпинделем – асинхронный двигатель 4 кВт с частотным преобразователем •Измерение – вибродатчик ICP с виброанализатором Наиболее значимые внедренные проекты СТЕНД ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ (Внедрен в институте металлургии РАН) Стенд предназначен для управления промышленной системой намагничивания ферромагнетиков, проведения магнитометрических измерений и снятия зависимости магнитной индукции от напряженности магнитного поля В=f(H), представления на мониторе компьютера в графическом виде гистерезисного цикла перемагничивания и определения по этому циклу коэрцитивной силы Нс, остаточной индукции Вr и произведения (ВН)мах ферромагнитных материалов. Основные технические характеристики: Диапазон измерения магнитной индукции – (0,1 1,5) Тл Диапазон измерения коэрцитивной силы – (20 400) кА/м Частота намагничивания – (0,05 0,5) Гц Погрешность измерения - 3% Наиболее значимые внедренные проекты АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ СТЕНД ПЛАЗМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ СИНТЕЗА НАНОПОРОШКОВ (Внедрен в институте металлургии РАН) Структура автоматизированного комплекса : •Система приготовления газовых смесей •Система пуска, остановки и контроля характеристик дугового разряда плазмотрона. •Система управления технологическим оборудованием: насос, клапаны, система подачи материала и сбора нанопорошка, система очистки сопла и др. •Система охлаждения с энергетическим мониторингом. •Дополнительная система контроля температуры. Наиболее значимые внедренные проекты Автоматизированная система выходного контроля при промышленном производстве сверхпроводящих проводов (Международный термоядерный проект ITER, Заказчик РНЦ «Курчатовский институт») Разработана реконфигурируемая контрольно-измерительная система на базе промышленного стандарта PXI, позволяющая организовать аттестационную лабораторию при производстве сверхпроводящего магнитопровода на основе NbTi, NbSn. Наиболее значимые внедренные проекты МОНИТОРИНГ И УПРАВЛЕНИЕ КОНТРОЛЛЕРАМИ ТУРБОКОМПРЕССОРОВ (Внедрен в ОАО"Премиум Инжиниринг"' ) Программный продукт осуществляет мониторинг и управление контроллерами компрессоров различных производителей. Система работает по протоколу ModBUS, который использует порядка 70 значений ввода-вывода - цифровые и аналоговые каналы. Система производит запись значений в базу данных с максимальной задержкой между двумя записями в 5 секунд. Обеспечивается: •работа с несколькими (до 32) компрессорами параллельно. • удаленный доступ к контроллеру •наблюдения, управления и доступ к базе данных. Наиболее значимые внедренные проекты Автоматизированная система распознавания маркировки (Внедрен ОАЗ «Монокристалл», концерн «Энергомера» г Ставрополь) Область применения - распознавание штрихкодовых и буквенно-числовых маркировок (малых линейных размеров), включая точечное нанесение кодировки серийных изделий. Распознает буквенно-цифровой код высотой не менее 1.2 мм при длине не более 3 см. Считанный код автоматически передается в базу данных. Характеристики: •модульное исполнение, размеры не более 200х 280х350 мм, вес не более 3 кг; •питание от 220V, 50 Hz, потребляемая мощность не выше 100 Вт, •система вентиляции, температурный диапазон –20…+60 С; •оптический стол - диаметр не менее 150 мм, подсветка с плавной регулировкой освещенности образцов; •элементы тонкой юстировки цифровой камеры и объектива; •разъемы для подключения информационно-управляющих каналов. Наши будни Наши достижения Свидетельства Награды Ведущие сотрудники лаборатории АНДРЕЕВ ВИКТОР ВИКТОРОВИЧ к. ф.м н., доцент Область научных интересов: •Микроволновые плазменные источники частиц и излучений; •Плазменные ускорители; •Диагностика плазмы; •Программно-аппаратные средства автоматизации физического эксперимента. •тел. (495) 955-08-27, E-mail: vvandreev@mail.ru УМНОВ АНАТОЛИЙ МИХАЙЛОВИЧ к. ф.м н., доцент Область научных интересов •Численное моделирование плазменных процессов; •Моделирование коллективного ускорения ионов; •Разработка сред визуализации движения заряженных частиц и плазменных процессов. тел. (495) 955-08-29 E-mail: aumnov@yandex.ru ЧУПРОВ ДЕНИС ВИКТОРОВИЧ ст. преподаватель Область научных интересов: •СВЧ-приборы; •Шумовая и импедансная спектроскопия; •Программно-аппаратные средства автоматизации физического эксперимента. •тел. (495) 955-07-59, E-mail: chu_d@mail.ru Контактная информация 117 923, Москва, ул.Орджоникидзе , д.3, центр прикладных информационных технологий. Андреев Виктор Викторович тел. 955-08-27, E-mail: vvandreev@mail.ru