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, № 3 (2021)
Скачать выпуск PDF

Средства измерений 

175-182 42
Аннотация

Одним из существенных недостатков устройств для коррекции зрения на основе эксимерных лазеров является трудность достижения заданного изменения преломляющих свойств роговицы для чёткой фокусировки изображения на сетчатке с удалением от центра рабочей зоны (зоны абляции) к периферии в связи с изменением угла падения лазерного луча. Целью исследования являлось повышение качества лазерного воздействия на роговицу глаза за счёт введения в существующую аппаратуру для эксимер-лазерной коррекции зрения оптической корректирующей системы, обеспечивающей совпадение направления лазерного луча, падающего на поверхность роговицы, с нормалью. Показано, что чем больше коэффициент отражения, тем меньше поглощённая энергия, тем меньше глубина проникновения лазерного излучения и меньше глубина абляции, что снижает возможности и качество лазерного воздействия. Предложено при использовании устройств для эксимер-лазерной коррекции зрения изменять в процессе операции угол падения лазерного луча на роговицу с удалением от центра рабочей зоны (зоны абляции) к периферии за счёт введения оптической корректирующей системы на основе управляемого, лёгкого подвижного зеркала, что позволяет добиться совпадения направления лазерного луча, падающего на поверхность роговицы, с нормалью.

Проведённые исследования показали, что совпадение лазерного луча, падающего на поверхность роговицы в любой точке с нормалью, при использовании априорной информации об индивидуальных особенностях глаза пациента, позволяет расширить функциональные возможности фотоабляции эксимерным лазером, а именно, увеличить зону абляции на 30 % и исключить вероятности ошибок из-за человеческого фактора. Предложенная методика может быть использована для эксимер-лазерной коррекции зрения по методикам PRK, LASIK, Femto-LASIK и др. Для реализации данного подхода предложена защищённая патентом установка для эксимер-лазерной коррекции зрения с управляемой от компьютера оптической формирующей системы, включающей платформы с гальвоприводом и установленными на них гальвозеркалами.

183-193 36
Аннотация

Одной из важных задач при проведении расчётного обоснования надёжности и безопасности оборудования, входящего в состав проектируемых ядерных энергетических установок, на сегодня является моделирование пузырькового режима течения теплоносителя. В связи с этим, целью данной работы являлось изучение особенностей движения газового пузыря в жидкой среде, а также отработка и расширение методических особенностей применения матричных кондуктометрических систем, получивших широкое распространение в исследовательской практике, для исследования газожидкостных потоков.

В работе изложен способ первичной обработки экспериментальных данных, направленный на устранение избыточной проводимости в ячейках разработанного сетчатого датчика, что позволило получить значения истинного объёмного газосодержания в исследуемой области.

Последующий анализ позволил оценить объёмы регистрируемых газовых пузырей градиентным методом, а также величину плотности межфазной поверхности в ячейках датчика, которая играет ключевую роль при моделировании межфазного тепло- и массообмена.

Сравнение полученных величин с показаниями контрольно-измерительных приборов экспериментальной установки показало хорошую степень соответствия. Представленная работа является адаптацией применения кондуктометрической измерительной системы для исследования многокомпонентных потоков с целью дальнейшего применения для исследования двухкомпонентных потоков в каналах имитатора активной зоны при помощи сетчатых кондуктометрических датчиков.

194-201 38
Аннотация

 

Качество наноматериалов и нанотехнологий во многом определяется стабильностью применяемых технологий, которые в значительной степени зависят от постоянства размеров частиц. В связи с этим возникают метрологические задачи, связанные как собственно с измерением размеров микроструктуры аэрозолей, суспензий и порошков, так и с обеспечением единства измерений при передаче единицы физической величины от эталонного к рабочим средствам измерений. Целью данной работы являлось определение и расчёт погрешности передачи размера единицы длины при измерении диаметра наночастиц.

В качестве эталонного средства измерения, для которого производился расчёт, был определён анализатор дифференциальной электрической подвижности частиц. Он позволяет разделять частицы аэрозоля на основе зависимости их электрической подвижности от размера частиц. В комбинации с конденсационным счётчиком частиц позволяет сканировать аэрозоль и строить функцию распределения частиц по размерам. Данный метод измерения является самым точным в области измерения диаметров частиц в аэрозолях, поэтому погрешность передачи размера частиц необходимо установить как для эталона.

В работе описаны физические принципы измерения данным методом и представлено уравнение для определения диаметра наночастиц. На основании данного уравнения были определены источники неисключённой систематической погрешности. Также экспериментальным методом определена случайная составляющая погрешности измерения наночастиц и рассчитана погрешность передачи размера единицы длины при измерении диаметра наночастиц.

Полученные результаты будут использованы для метрологического обеспечения стандартных образцов размера частиц, обеспечения прослеживаемости измерений счётчиков аэрозольных частиц и для исследований аэрозолей.

Методы измерений, контроля, диагностики 

202-210 38
Аннотация

Исследование электрофизических характеристик кристаллических полупроводников с дефектами структуры представляет практический интерес при создании радиационно-стойких варакторов. По вольт-фарадным характеристикам разупорядоченного полупроводника можно определять концентрацию точечных дефектов в его кристаллической матрице. Цель работы – рассчитать низкочастотный адмиттанс конденсатора с рабочим веществом «изолятор – кристаллический полупроводник с точечными t-дефектами в зарядовых состояниях (−1), (0) и (+1) – изолятор».

Слой частично разупорядоченного полупроводника толщиной 150 мкм отделен от металлических обкладок конденсатора диэлектрическими прослойками из полиимида толщиной 3 мкм. Частично разупорядоченный полупроводник рабочего вещества конденсатора представляет собой, например, сильнодефектный кристаллический кремний, содержащий точечные t-дефекты, случайно (пуассоновски) распределенные по кристаллу, в зарядовых состояниях (−1), (0) и (+1) между которыми прыжковым образом мигрируют одиночные электроны. Считается, что прыжки электронов происходят только с t-дефектов в зарядовом состоянии (−1) на t-дефекты в зарядовом состоянии (0) и с t-дефектов в зарядовом состоянии (0) на t-дефекты в зарядовом состоянии (+1).

В работе впервые проведено усреднение коэффициентов прыжковой диффузии по всем вероятным длинам прыжка электрона между t-дефектами в зарядовых состояниях (−1), (0) и (0), (+1) в ковалентной кристаллической матрице. Для такого элемента рассчитаны низкочастотный адмиттанс и угол сдвига фаз между током и напряжением в зависимости от приложенного на электроды конденсатора напряжения при концентрации t-дефектов 3∙1019 см−3 для температур 250, 300 и 350 К и при температуре 300 К для концентраций t-дефектов 1∙1019, 3∙1019 и 1∙1020 см−3.

211-219 38
Аннотация

Магнитные жидкости относятся к классу наноматериалов, обладающих высоким коэффициентом поглощения света, агрегативной и седиментационной устойчивостью, а также управляемостью внешними полями, что представляет интерес для использования в области оптоакустики. Цель работы состояла в экспериментальном исследовании эффекта оптоакустического преобразования в магнитной жидкости в зависимости от концентрации дисперсной фазы и способа воздействия на неё лазерного излучения, а также выявления возможностей использования магнитной жидкости в качестве элемента оптоакустического преобразования в ряде приложений.

Проведён краткий анализ механизма оптоакустического преобразования в магнитной жидкости и разработана методика и установка, реализующая теневой вариант измерений, где в качестве источника импульсно-лазерного воздействия на магнитную жидкость использован лазер типа Lotis. В качестве материала световода, передающего энергию лазерного излучения в магнитной жидкости, использованы кварц и воздух. Приём ультразвуковых сигналов производился пьезопреобразователем на рабочей частоте 5 МГц. В процессе измерений варьировалась концентрация дисперсной фазы в магнитной жидкости (0–8 %) и энергия в импульсе (0–10 мДж).

Впервые установлено, что: а) амплитуда функции оптоакустического преобразования в магнитной жидкости в зависимости от концентрации дисперсной фазы, имеет максимум, величина и положение которого на оси концентраций определяется свойствами световода; б) для всех образцов в пределах погрешности измерений установлена квазилинейная зависимость указанной амплитуды от энергии в импульсе в диапазоне 0–8 мДж.

Предложен ряд схемных решений использования эффекта оптоакустического преобразования в магнитной жидкости для ввода сигнала в исследуемые объекты – применительно к их дефектоскопии и структуроскопии, а также для решения обратной задачи – измерения интенсивности лазерного излучения.

 

220-221 34
Аннотация

Метод усреднённых модифицированных периодограмм является одним из основных методов оценивания спектральной плотности мощности (СПМ). Целью работы являлась разработка математического и алгоритмического обеспечения, которые позволяют повысить вычислительную эффективность цифрового спектрального анализа сигналов этим методом.

Решение поставленной задачи основано на использовании бинарно-знакового стохастического квантования для преобразования анализируемого сигнала в цифровой код. Особенностью такого квантования является применение рандомизирующего равномерно распределённого вспомогательного сигнала в качестве стохастического непрерывного порога квантования (пороговой функции). С учётом теории дискретно-событийного моделирования результат бинарно-знакового квантования интерпретируется как хронологическая последовательность мгновенных событий, в которые происходит смена его значений. В соответствии с этим, имеем множество отсчётов времени, которые однозначно определяют результат бинарно-знакового квантования в дискретном виде. Дискретно-событийное моделирование позволило осуществить дискретизацию процесса вычисления оценок СПМ. В итоге вычисление оценок СПМ свелось к дискретной обработке косинус и синус преобразований Фурье для оконных функций. Эти преобразования Фурье вычисляются аналитически с учётом применяемых оконных функций. Полученные математические соотношения для вычисления оценок СПМ практически не требуют выполнения операций умножения. Основными операциями этих соотношений являются операции сложения и вычитания. Следствием этого является уменьшение временных затрат на цифровой спектральный анализ сигналов. Численные эксперименты показали, что разработанное математическое и алгоритмическое обеспечение позволяет вычислять оценки СПМ методом усреднённых модифицированных периодограмм с высоким частотным разрешением и точностью даже для достаточно низкого отношения сигнал/шум.

Такой результат особенно важен для спектрального анализа широкополосных сигналов.

Разработанный программный модуль представляет собой проблемно-ориентированный компонент, который может использоваться в составе метрологически значимого программного обеспечения для оперативного анализа сложных сигналов.

230-238 37
Аннотация

Контроль механических напряжений, возникающих при нанесении никелевых покрытий, играет важную роль при диагностике их технического состояния. Большие внутренние напряжения могут приводить к растрескиванию или отслаиванию покрытий, что совершенно недопустимо для ответственных деталей и сборочных единиц, использующихся, например, в космической технике, для которых надёжность имеет первостепенное значение. Важным аспектом контроля внутренних напряжений является погрешность измерений используемых приборов. Целью настоящей работы являлось определение характеристик датчиков приборов, позволяющих оценить качество их изготовления на предварительной стадии сборки измерительной техники, для соблюдения необходимой точности последующих измерений.

В большинстве случаев оценка погрешности измерений возможна только после изготовления оборудования и проведения градуировки. В настоящей работе предложено оценивать точностные характеристики датчиков приборов исходя из прецизионности (повторяемости и воспроизводимости) регистрации первичного информативного параметра. На примере прибора «НТ-800», разработанного в Институте прикладной физики Национальной академии наук Беларуси, показано влияние ухудшения характеристик прецизионности датчиков на итоговую погрешность измерений. Предложено определять параметры прецизионности до установления корреляционных зависимостей между первичным информативным параметром и измеряемой характеристикой с целью отбраковки некачественно изготовленных датчиков и снижения трудозатрат. В частности, проведены измерения величины, пропорциональной магнитоотрывному усилию (имеющей корреляционную связь с остаточными напряжениями), прибором НТ-800 на никелевых образцах, имитирующих покрытия, толщиной от 200 до 700 мкм и величиной прокатки от 0 до 40 %. Установлено, что в случае качественно изготовленного первичного преобразователя коэффициент вариации дисперсии повторяемости находится в диапазоне 0,2–0,6 %, а коэффициент вариации, рассчитанный по значениям дисперсии воспроизводимости, не превышает 0,9 %. В случае датчика с ухудшенными параметрами чувствительного элемента коэффициенты вариации повторяемости и воспроизводимости были в 1,5 раза выше. Ухудшение характеристик прецизионности привело к значительному увеличению погрешности измерения остаточных напряжений. Так, абсолютная погрешность измерений напряжений у некачественно изготовленного датчика в диапазоне 200–300 МПа была приблизительно в 3 раза выше, чем у датчика с высокими показателями прецизионности.

 

239-248 42
Аннотация

Неорганические сцинтилляционные детекторы широко используются для измерения мощности дозы в окружающей среде благодаря их высокой чувствительности к фотонному излучению. Отличительной особенностью при использовании таких детекторов является необходимость учёта положения эффективного центра энерговыделения. Эта особенность актуальна при использовании средств измерений с неорганическими сцинтилляционными детекторами в качестве рабочих эталонов при калибровке на малых расстояниях «источник–детектор» в условиях низкофоновой камеры или установки с защитой от внешнего фона гамма-излучения в диапазоне мощностей доз от 0,03 до 0,3 мкЗв/ч (мкГр/ч). Целью данной работы являлся расчёт положения эффективного центра энерговыделения сцинтилляционных NaI(Tl) детекторов и его учёт при работе на малых расстояниях «источник‒детектор».

Предложен оригинальный метод определения положения эффективного центра энерговыделения при облучении боковых и торцевых поверхностей неорганического сцинтилляционного детектора параллельным потоком гамма-излучения и точечными источниками гамма-излучения на малых расстояниях «источник‒детектор» с использованием методов Монте-Карло. Представлены результаты расчёта положения эффективного центра энерговыделения детекторов на основе NaI(Tl) «популярных» размеров для случаев параллельного потока гамма-излучения и точечных источников гамма-излучения на малых расстояниях «источник‒детектор». Приведены функциональные зависимости положения эффективного центра энерговыделения детекторов на основе NaI(Tl) кристаллов от расстояния до точечных источников гамма-излучения и энергии источников гамма-излучения.

В результате исследования установлено, что для сцинтилляционных NaI(Tl) детекторов небольших размеров (например, Ø25×40 мм или Ø40×40 мм) точечный источник гамма-излучения, находящийся на расстоянии 1 м и более, создаёт поле излучения, не отличающееся по характеристикам от поля излучения, которое создаёт параллельный поток гамма-излучения. Показано, что приближение точечного источника гамма-излучения к поверхности сцинтилляционного детектора приводит к смещению положения эффективного центра энерговыделения к поверхности детектора.



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