Лаборатория вычислительного эксперимента и систем

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: [email protected]
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: [email protected]
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: [email protected]
Контактная информация
117 923, Москва, ул.Орджоникидзе , д.3, центр прикладных
информационных технологий.
Андреев Виктор Викторович тел. 955-08-27,
E-mail: [email protected]