Preview

Приборы и методы измерений

Расширенный поиск

Научно-технический журнал «Приборы и методы измерений» 

Целями издания журнала являются:

– оперативное информирование научной общественности о достижениях в области отечественного и мирового приборостроения;

– освещение результатов научных исследований, разработок и инновационной деятельности отраслевой, вузовской и академической науки;

– расширение, углубление и повышения качества подготовки кадров высшей квалификации в области приборостроения.

На страницах журнала публикуются оригинальные статьи прикладного и фундаментального характера, а также обзорные статьи о современном состоянии, важнейших достижениях и тенденциях развития приборостроения и методов измерений в Республике Беларусь и за рубежом.

Основные тематические направления журнала:

  • техническая физика;
  • приборы и методы измерения (по видам измерений);
  • приборы навигации;
  • акустические приборы и системы;
  • оптические и оптико-электронные приборы и комплексы;
  • радиоизмерительные приборы;
  • приборы и методы для измерения ионизирующих излучений и рентгеновские приборы;
  • приборы и методы контроля природной среды, материалов и изделий;
  • технология приборостроения;
  • метрология и метрологическое обеспечение;
  • информационно-измерительные и управляющие системы (по отраслям);
  • приборы, системы и изделия медицинского назначения;
  • приборы и методы преобразования оптических изображений и звука;
  • методы контроля и диагностика в машиностроении;
  • стандартизация и управление качеством продукции.

Текущий выпуск

Том 12, № 1 (2021)
Скачать выпуск PDF

Средства измерений 

7-12 82
Аннотация

Постоянное магнитное поле наряду с электромагнитным излучением оказывает существенное влияние на рабочие характеристики и работоспособность приборов. Особенно это касается высокочувствительного прецизионного измерительного оборудования, такого как, например, магнитометры или фотоэлектронные умножители. В связи с этим возникает необходимость разработки новых высокоэффективных материалов для защиты от воздействия постоянного магнитного поля и электромагнитного излучения. Целью данной работы являлась разработка программно-аппаратного комплекса для высокоточного определения коэффициента ослабления постоянного магнитного поля и аттестации защитных корпусов.

В работе описана измерительная установка для определения коэффициента ослабления постоянного магнитного поля с помощью материалов и покрытий на стандартных корпусах. Установка обеспечивает однородное магнитное поле во всём измерительном объёме. Отличие измерительной установки от существующих стендов заключается в возможности проведения измерений в трёх координатах благодаря использованию трёх пар катушек Гельмгольца и трёхкоординатного датчика Холла. Программное обеспечение позволит управлять магнитным полем во всех трёх направлениях, моделируя реальные условия эксплуатации приборов, требующих защиты от таких воздействий. Кроме того, подвижная система позиционирования в пространстве позволяет компенсировать магнитное поле Земли, что повышает точность оценки коэффициента ослабления магнитного поля защитными материалами в слабых полях.

Альтернативным вариантом использования возможностей установки является проверка рабочих характеристик приборов в условиях воздействия постоянного магнитного поля и оценка электромагнитной совместимости. Экспериментальная часть работы включает результаты определения коэффициента ослабления магнитного поля с помощью стандартных корпусов для фотоэлектронного умножителя, изготовленных из листового отожжённого пермаллоя и пермаллоя, осаждённого электролитически на алюминиевую подложку. Таким образом, показано влияние отжига и замкнутости магнитоконтура на степень ослабления магнитного поля. Установлено, что отжиг, вызывающий существенное повышение магнитной проницаемости, способствует эффективному ослаблению слабых магнитных полей (до 1 мТл). В магнитных полях с индукцией от 1 мТл эффективное ослабление обеспечивает замкнутый магнитоконтур.

13-22 91
Аннотация

Исследование термоэлектрических свойств кристаллических полупроводников с дефектами структуры представляет практический интерес при создании радиационно-стойких элементов Пельтье. При этом важную роль играет спектр уровней энергии водородоподобных примесей и собственных точечных дефектов в энергетической щели (запрещённой зоне) кристалла.

Цель работы анализ особенностей одноэлектронной зонной модели полупроводников с прыжковой миграцией электронов как по атомам водородоподобных примесей, так и по собственным точечным трёхзарядным дефектам, а также поиск возможности их использования в элементе Пельтье в области температур, когда переходами электронов и дырок с атомов примесей и/или собственных дефектов в cи v-зоны можно пренебречь.

В качестве элементов Пельтье с прыжковой миграцией электронов предложены: 1) h-диод, содержащий |d1)и |d2)-области с водородоподобными донорами двух сортов в зарядовых состояниях

(0) и (+1) и компенсирующие их водородоподобные акцепторы в зарядовом состоянии (−1); 2) однородный полупроводник, содержащий собственные t-дефекты в зарядовых состояниях (−1, 0, +1), а также ионы доноров и акцепторов для управления распределением t-дефектов по зарядовых состояниям. Проанализированы зонные диаграммы предлагаемых элементов Пельтье в равновесии  и при возбуждении стационарного прыжкового электрического тока.

Рассмотрена модель h-диода, содержащего водородоподобные доноры двух сортов |d1) и |d2) с прыжковой миграцией между ними электронов при компенсации их на 50 % акцепторами. Показано, что при обратном (прямом) электрическом смещении диода возможно охлаждение (нагревание) области двойного электрического слоя между |d1)и |d2)-областями.

Рассмотрен элемент Пельтье на основе полупроводника с точечными t-дефектами. Принималось, что температура, а также концентрации ионов водородоподобных акцепторов и доноров таковы, что практически все t-дефекты находятся в зарядовом состоянии (0). Показано, что в таком элементе возможно охлаждение контакта металл-полупроводник, находящегося под отрицательным электрическим потенциалом, и нагревание противоположного контакта, под положительным потенциалом.

23-29 77
Аннотация

Уже на протяжении нескольких десятилетий развитие методов генерации сверхкоротких импульсов является самостоятельной актуальной научно-технической задачей. Идёт постоянное совершенствование как способов получения импульсов, так и методов их использования. Целью данной работы являлось исследование возможности реализации согласованной работы двух принципиально разных типов лазеров накачки фемтосекундного генератора и усилителя на одном одноламповом квантроне и создание на этой основе компактной мощной фемтосекундной лазерной системы с импульсной накачкой и одним силовым блоком.

Осуществлена практическая реализация на одном квантроне с двумя активными элементами и одной лампой накачки двух типов импульсных лазеров (нано- и пикосекундного, работающих, соответственно, в режиме модулированной добротности и синхронизации мод). Получены требуемая синхронизация во времени момента формирования импульса накачки фемтосекундного усилителя и области квазистационарной генерации импульсов в выходном излучении фемтосекундного Ti:сапфирового генератора и необходимые взаимосогласованные энергетические параметры выходного излучения лазеров накачки фемтосекундного генератора и усилителя.

На этой основе разработана компактная импульсная моноблочная лазерная система, способная обеспечить генерацию фемтосекундных импульсов длительностью 50–150 фс с энергией до 1 мДж и достаточно высокой частотой повторения импульсов (вплоть до 1 кГц, что определяется типом используемых квантрона и блока накачки). В лазерной системе использована компактная совмещённая схема стретчера-компрессора с одной общей дифракционной решёткой.

Лазерные системы подобного типа, характеризуемые относительно низкой стоимостью за счёт использования одного силового блока питания для одновременной накачки усилителя и генератора, а также более низкими требованиями к качеству оптических элементов и условиям эксплуатации благодаря импульсному режиму работы, представляются достаточно практичными. Они могут найти применение как в научных исследованиях в области сверхскоростной кинетической спектроскопии и нелинейной оптике, так и в многочисленных технических приложениях, в частности в прецизионной обработке материалов, как оптические имитаторы воздействия тяжёлых заряженных частиц при проведении испытаний радиационной стойкости интегральных микросхем и электронных модулей.

30-37 77
Аннотация

Оптимизация излучающей катушки программно-аппаратного комплекса для исследования эффективности экранирования низкочастотного электромагнитного излучения позволит на более качественном уровне оценивать эффективность экранирующих покрытий. Данный факт даст возможность разрабатывать покрытия с улучшенными характеристиками. Целью данной работы являлось определение оптимальных характеристик излучающей катушки, которые обеспечат её стабильную работу и напряжённость магнитного поля в частотном диапазоне до 100 кГц.

Параметры изготовленных образцов, такие как индуктивность, активное и общее сопротивление, были получены, используя измеритель иммитанса МНИПИ E7-20. На практике катушки с оптимальными параметрами, вычисленными теоретически, были подключены к источнику и усилителю тока. Для детектирования электромагнитного излучения в качестве приёмника сигнала использовалась многослойная катушка индуктивности, подключённая к осциллографу UTB-TREND 722-050-5.

Результаты измерений показали, что сопротивление многослойных катушек приблизительно в 1000 раз больше сопротивления однослойных. Также у многослойных катушек наблюдается лавинообразный рост общего сопротивления, начиная с частоты 10 кГц, в то время как у однослойных катушек происходит равномерный рост общего сопротивления на всём диапазоне частот до 100 кГц. Представлены результаты исследований корреляции рабочих характеристик  однослойных  и многослойных  катушек  индуктивности  в  зависимости  от  их  параметров  в  частотном  диапазоне от 20 Гц до 100 кГц. Рассчитаны значения напряжения, необходимого для обеспечения напряжённости магнитного поля 1, 5, 20 Э при 25 Гц и 100 кГц. Проанализировав полученные данные, найдены оптимальные параметры катушки индуктивности, обеспечивающие стабильные рабочие характеристики в диапазоне частот до 100 кГц.

38-45 78
Аннотация

Моделирование процессов распределения скоростей и температур в плазмообразующем канале, определение конструктивных особенностей и оптимальных параметров сопла плазмотрона является одним из перспективных направлений в развитии плазменных технологий. Целью данной работы являлось моделирование процессов распределения скоростей и температур в плазмообразующем канале и определение конструктивных особенностей и оптимальных геометрических параметров сопла плазмотрона, которое должно обеспечивать формирование необходимых направлений плазменных потоков для образования на поверхности капли жидкого металла поверхностных волн под действием исследуемых неустойчивостей.

Одной из главных задач является рассмотрение процесса формирования плазменной струи и течения электродуговой плазмы. Для получения мелкоразмерных частиц одним из главных параметров является скорость течения плазмы. Необходимо, чтобы скорость истечения плазмы была близка к сверхзвуковой. Увеличение скорости до сверхзвуковой возможно добиться за счёт конструкции сопла плазмотрона, а именно конструктивной особенностью и размерами газового канала, в котором образуется плазма. Также при моделировании учитывались размеры сопла плазмотрона, т. е. устройство должно обеспечивать сверхзвуковое течение плазмы при возможно меньших геометрических размерах.

В результате исследований получены модели процессов распределения скоростей и температур в плазмообразующем канале при минимальных и максимальных диаметрах канала. Определены конструктивные особенности и оптимальные геометрические параметры сопла плазмотрона: диаметр на входе 3 мм, диаметр выходной 2 мм.

Разработана и спроектирована конструкция исполнительного оборудования, реализующая исследуемый процесс генерации капель микро- и наноразмерного диапазона. Изготовлено сопло плазмотрона, формирующее необходимые направления плазменных потоков для образования на поверхности капли жидкого металла поверхностных волн под действием исследуемых неустойчивостей. Разработан алгоритм управления исполнительным оборудованием, реализующем процесс генерации капель микро- и наноразмерного диапазона.

Методы измерений, контроля, диагностики 

46-57 73
Аннотация

Рассмотрены принципы управления авиационной системой технического зрения, размещённой на беспилотном летательном аппарате на двухстепенной гиростабилизированной платформе с возможностью полного разворота вокруг двух перпендикулярных осей по курсу и тангажу. Устойчивость сопровождения объектов наблюдения на расстоянии до 10000 м обеспечивается применением мультиспектральной оптико-электронной системы, включающей дальномерный, тепловизионный и два визуальных канала.

Выполнен анализ объекта наблюдения и методика его сопровождения. Предложен алгоритм интеграции спутниковой радионавигационной системы и бесплатформенной инерциальной навигационной системы на основе интегрального фильтра Калмана, предусматривающей две стадии вычислений: экстраполяцию (предсказание) и коррекцию. В модуль навигации встроено специализированное программное обеспечение для многозадачной операционной системы реального времени FreeRTOS, обеспечивающее получение навигационного решения: широты, долготы и высоты беспилотного летательного аппарата в системе координат WGS-84, а также углов крена тангажа и курса; северной, восточной и вертикальной составляющих скоростей в навигационной системе координат; продольной, вертикальной и поперечной составляющих свободных ускорений и угловых скоростей в связанной системе координат на основе данных от приёмо-измерительного модуля спутниковой радионавигационной системы и данных от 6-осевого МЭМС-датчика STIM300.

58-66 80
Аннотация

Широкое использование пенополиолефинов в стратегически важных отраслях промышленности обусловлено их высокими тепло-, звуко- и виброизоляционными свойствами. Целью работы являлась оценка неравномерности упругих свойств по площади листов пенополиолефинов различных типов с использованием акустического бесконтактного теневого амплитудного метода контроля и подтверждением методом структурного анализа.

Разработаны установка и новая методика бесконтактного акустического контроля листов из закрытоячеистых пенополиолефинов, основанная на регистрации амплитуды импульса, прошедшего сквозь лист, и позволяющая оценить неравномерность его упругих свойств в процессе сканирования. Исследования неравномерности упругих свойств проведены на листах из закрытоячеистых пенополиолефинов марки ISOLON 500 и ISOLON 300, различающиеся материалом и технологией изготовления (способ сшивки, метод и кратность вспенивания).

Показано, что на абсолютную амплитуду сигнала и её разброс относительно среднего значения влияет структура материала пенополиолефина и её неоднородность по площади исследуемого листа, определяемая технологией производства, что подтверждено визуально с использованием микроскопии. Исследования показали влияние на неравномерность показаний способа получения и кажущейся плотности материала. Показано, что наиболее неравномерные упругие свойства и структуру имеют листы из пенополиолефинов, полученных по технологии химической сшивки (неравномерность Δ составила 6,5 %). Из физически сшитых листов пенополиолефинов наиболее равномерными по структуре и упругим свойствам являются образцы, изготовленные из этиленвинилацетата с Δ = 3,8 %, а также листы с высокой кратностью вспенивания (Δ = 3,9 %). Неравномерность структуры исследованных листов пенополиолефинов подтверждена оптической микроскопией срезов в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

67-74 68
Аннотация

Корреляционный метод измерения расхода теплоносителя находит широкое применение в исследовательской практике, в том числе для изучения турбулентных потоков теплоносителя в масштабных моделях элементов ядерных энергетических установок. Целью данной работы являлась отработка методики оценки влияния шума, регистрируемого измерительной системой, на показания скорости потока, полученные с применением корреляционного метода.

Представлена методика оценки влияния шума, а также взаимного расположения и периода опроса чувствительных элементов на основе кондуктометрической измерительной системы: пространственных кондуктометров сетчатой конструкции. Незначительная концентрация раствора соли (NaCl или Na2SO4 ) используется в качестве пассивной примеси, создающей градиент проводимости среды, регистрируемый кондуктометрической системой. В качестве переносимых возмущений в работе используются турбулентные

пульсации на границе раздела двух спутных струй с одинаковыми скоростями в канале квадратного сечения. Представлены значения времени транспорта турбулентности между пространственными кондуктометрами, результаты оценки спектральной плотности мощности и ширины регистрируемого сигнала, а также полученные на их основе отношения сигнал-шум измерительной системы, в дальнейшем использованные

для оценки доверительного интервала времени транспорта.

В результате измерений получены зависимости величины доверительного интервала от времени регистрации показаний пространственных кондуктометров. Измерения, проведённые при различном взаимном расположении кондуктометров, позволяют сделать обобщающий вывод о росте спектральной ширины сигнала и, как следствие этого, уменьшение длины доверительного интервала с увеличением расстояния между датчиками.

Представленная работа является апробацией данного подхода для его применения в составе экспериментальной модели ядерного реактора с целью определения поканальных расходов в каналах имитатора активной зоны при помощи сетчатых кондуктометрических датчиков с учётом влияния шума, регистрируемого измерительной системой.

75-81 87
Аннотация

Целью работы являлась многопараметрическая калибровка концентрации нерафинированного подсолнечного масла, рассматриваемого в качестве фальсификата льняного масла. Актуальность исследования обусловлена необходимостью разработки простого и эффективного метода обнаружения фальсификации льняного масла, превосходящего по содержанию незаменимых полиненасыщенных жирных кислот оливковое масло, выявлению подделок которого в отличие от льняного посвящено большое количество работ.

Многопараметрическая калибровка проводилась с помощью модели, основанной на методе главных компонент, кластерном анализе и проекции на латентные структуры спектров оптической плотности в УФ-, видимом и ближнем ИК диапазонах с применением трех методов выбора спектральных переменных: метода последовательного проецирования, метода поиска комбинации сдвигающихся окон и метода ранжирования переменных по коэффициенту корреляции.

Показано, что применение методов последовательного проецирования, ранжирования переменных по коэффициенту корреляции и поиска комбинации сдвигающихся спектральных окон позволяет уменьшить величину среднеквадратичного отклонения калибровки с 0,63 % для широкополосной проекции на латентные структуры до 0,46 %, 0,50 % и 0,03 %, соответственно.

Разработанный метод многопараметрической калибровки с помощью проекции на латентные структуры спектров оптической плотности в УФ-, видимом и ближнем ИК диапазонах с применением выбора спектральных переменных путём поиска комбинации сдвигающихся окон является простым и эффективным средством обнаружения фальсификации льняного масла.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.