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, № 4 (2021)
Скачать выпуск PDF

Средства измерений 

259-271 90
Аннотация

Информационно-измерительные системы биомедицинских фотометров с эллипсоидальными рефлекторами показали приемлемые результаты при определении оптических свойств биологических тканей в видимом и ближнем инфракрасном спектральном диапазоне. Такие фотометры позволяют исследовать распространение оптического излучения в мутных средах при прямой и инверсной задачах оптики светорассеяния. Целью данной работы являлось исследование влияния конструктивных параметров эллипсоидальных рефлекторов на результаты биомедицинской фотометрии при симуляции распространения оптического излучения в системе биологической ткани и рефлекторов.

В работе обоснован выбор фокального параметра эллипсоидальных рефлекторов для эффективной регистрации рассеянного вперёд и назад света. Методика процесса проиллюстрирована результатами модельного эксперимента при использовании метода Монте-Карло для образцов белого и серого вещества мозга человека на длинах волн видимого диапазона 405 нм, 532 нм и 650 нм. Получены графики зависимости полного пропускания, диффузного отражения и поглощения в зависимости от толщины исследуемого образца. На основе введённых понятий показателя эффективности и коэффициента эффективности проанализирована целесообразность выбора фокального параметра эллипсоидальных рефлекторов для обеспечения регистрации максимального количества рассеянного света. Получены графики показателей эффективности в отражённом и прошедшем свете для разнотолщинных образцов белого и серого веществ, а также коэффициентов эффективности в зависимости от толщины образца. Проанализировано влияние эллиптичности рефлекторов на освещённость различных зон фотометрических изображений на примере поглощающей биологической среды – ткани печени свиньи – на длине волны 405 нм при симуляции Монте-Карло.

Оптические свойства биологических сред (коэффициенты рассеяния и поглощения, коэффициент анизотропии рассеяния, показатель преломления) и геометрические размеры образцов, в частности толщина, предопределяют выбор параметров эллипсоидальных рефлекторов для регистрации рассеянного света. Координаты выхода фотонов и их статистический вес, полученные при моделировании распространения света в биологической ткани методом Монте-Карло, оказывают физическое влияние на формирование характерного пятна рассеяния в приёмной плоскости биомедицинского фотометра.

272-279 82
Аннотация

Привычные методы обработки стационарных изображений обеспечивают устойчивую результативность как в области астрометрии объектов глубокого космоса, так и в прикладных задачах определения параметров орбит искусственных спутников. Но быстродействие вычислительной архитектуры и функции малых оптических систем стремительно развиваются, что способствует возможности использования динамического видеопотока в приложении детектирования и инициализации космических объектов. Цель данной работы – автоматизировать процесс обнаружения и обработки данных оптических измерений космических объектов при мониторинге околоземного пространства и численных методах определения орбит.

В работе предлагается реализация малобюджетной автономной оптической системы детектирования космических объектов с элементами удалённого управления. Аппаратное и программное исполнение реализовано и протестировано в формате встраиваемой программной системы на базе Linux-ядра одноплатного компьютера Raspberry Pi и модульной камеры. В лабораторных условиях проведено макетное моделирование траектории движения спутника для предварительной оценки эффективности работы скомпилированных алгоритмических модулей библиотеки компьютерного зрения OpenCV.

На основании результатов моделирования выполнено экспериментальное динамическое обнаружение международной космической станции в режиме реального времени из точки наблюдения с координатами 25°41′49″ в.д. 53°52′36″ с.ш. в промежутке 00:54:00–00:54:30 17.07.2021 (UTC + 03:00). Продемонстрирован результат обработки видеосъёмки пролёта в виде массива координат центроида международной космической станции в плоскости изображения с временными метками периодичностью 0,2 с.

Такой подход обеспечивает автономное извлечение предварительных данных с последующей их конвертацией в угловые координаты космического объекта для численных методов начального определения его орбиты.

280-285 85
Аннотация

Четырёхкатионные гранаты (Gd, M)3Al2Ga3O12(M = Y, Lu), легированные ионами Ce, формируют семейство новых многоцелевых перспективных сцинтилляционных материалов. Целью работы являлось проведение оценки выхода сцинтилляций в сцинтилляционных материалах четверных гранатов, активированных ионами церия при частичной изовалентной замене матрицеобразующих ионов гадолиния ионами иттрия или лютеция.

Материалы были получены в виде поликристаллических пластин, причём наилучшие результаты показали образцы, полученные из сырья, произведённого  методом  соосаждения.  Установлено, что керамика, полученная из соосаждённого сырья, обеспечивает однородность распределения активаторных ионов в многокатионных матрицах. Это, в свою очередь, обеспечивает достижение высокого световыхода и быстрой кинетики сцинтилляции. Показано, что сверхстехиометрическое содержание лютеция/гадолиния в материале для изготовления керамики является эффективным средством подавления фосфоресценции. Для керамики состава (Gd, Lu)3Al2Ga3O12 достигнут выход сцинтилляций более 50000 фот./МэВ, а усреднённая константа затухания кинетики сцинтилляций близка к 50 нс.

По совокупности параметров разработанные сцинтилляционные материалы близки к недавно разработанным щелочно-галоидным материалам LaBr3:Ce, GdBr3:Ce, к тому же обладают высокой твёрдостью, характеризуются отсутствием гигроскопичности и лучше приспособлены к изготовлению пиксельных детекторов, используемых в современных устройствах для медицинской диагностики.

286-291 81
Аннотация

Одной из основных причин нестабильности напряжения в автономных системах энергообеспечения являются пусковые токи двигателей электроприводов, многократно превышающие их номинальное значение. Наиболее рациональным путем решения этой проблемы признано использование ёмкостных накопителей энергии. Целью данной работы являлась регистрация формы и измерение пусковых разрядных характеристик аккумуляторно-ёмкостного накопителя электроэнергии с применением двухканального цифрового осциллографа для сравнительного анализа параметров аккумуляторной и ёмкостной частей накопителя.

Разработан измерительный стенд, в котором аккумуляторная и ёмкостная части накопителя соединены параллельно и подключены к источнику электроэнергии. Аккумуляторная часть накопителя выполнена на базе многофункционального пускового устройства нового поколения АТОМ 10, имеющего в составе литий-ионную аккумуляторную батарею напряжением 15 В, ёмкостью 9,4 А·ч. Ёмкостная часть накопителя представляла собой пусковое устройство суперконденсаторного типа INSPECTOR Booster с электростатической ёмкостью 80 Ф при напряжении 15,5 В. Вкачестве источника энергии использовался понижающийAC/DC-преобразователь напряжением 12 В. В качестве нагрузки использовался электродвигатель привода воздушного автомобильного компрессора М-14001. Измерительная часть разработанного стенда состояла из двухканального цифрового осциллографа типа С846/1 и двух стандартных измерительных шунтов типа 75ШСМ 3-5-0,5 сопротивлением 15000 мкОм, последовательно подключенных к аккумуляторной и ёмкостной частям накопителя соответственно. Исследование формы и измерения величин пусковых разрядных токов аккумуляторной и ёмкостной частей накопителя проводились синхронно с использованием двухканального цифрового осциллографа с записью на электронный носитель в файловой системе FAT32. Полученная информация переносилась на персональный компьютер и анализировалась.

Результаты измерений показали, что 82,3 % компенсаций потерь энергии на пуск электродвигателя принимает на себя ёмкостная часть накопителя, что продлевает срок эксплуатации аккумуляторной батареи. Регулируя коэффициент развёртки осциллографа, можно детально исследовать форму переходного процесса и его продолжительность. Значения амплитуд пусковых токов рассчитывались пропорционально падению напряжения на шунтах и их сопротивлениям.

Разработанный метод регистрации формы и измерения пусковых характеристик может найти применения в различных технических приложениях: автономных интеллектуальных фотоэлектрических системах электроснабжения, устройствах бесперебойного электропитания, системах управления электроприводом и др.

Методы измерений, контроля, диагностики 

292-300 76
Аннотация

Корреляционный метод измерения расхода теплоносителя применяется при эксплуатации ядерных энергетических установок и широко распространен в исследовательской практике, в том числе, для изучения гидродинамики турбулентных потоков. Однако вопрос о его применимости и возможностях при исследованиях с использованием метода матричной кондуктометрии остается открытым. В ранее проведенных работах был освещён алгоритм определения корреляционного расхода с использованием кондуктометрической измерительной системы и оценена погрешность полученных результатов, а также была исследована зависимость влияния шума и времени сбора данных на достоверность полученных результатов. Однако, данные работы были проведены с использованием двух независимых сетчатых датчиков и вопрос о разрешении локальных скоростных компонент не был освещён. В связи с этим целью данной работы являлось проведение апробации корреляционного метода измерения скорости с временной и пространственной дискретизацией с использованием двухслойных сетчатых кондуктометрических датчиков.

Получены картограммы скорости по сечению экспериментальной модели при квазистационарном смешении, а значение среднерасходной скорости хорошо согласуется со значениями, полученными со штатных расходомеров стенда. Проведены измерения при нестационарной постановке эксперимента и получены реализации расхода и скоростных компонент потока в измерительных точках.

Анализ полученных значений позволяет сделать вывод об оптимальном времени сбора данных при корреляционных измерениях, а также о достоверности полученных результатов.

301-310 71
Аннотация

Повышение эффективности акустической диагностики объектов со слоистой структурой применительно к выявлению слабо выявляемых дефектов сцепления материалов является важной производственной задачей. Цель работы состояла в экспериментальном моделировании рассеяния ультразвуковых волн на образцах предложенных конструкций имитаторов дефектов с дискретно и плавно изменяющимися граничными условиями, коррелирующими с фазовой характеристикой продольных волн в процессе их взаимодействия с дефектной границей контактирующих материалов.

Проведён краткий анализ некоторых методов и средств экспериментального моделирования рассеяния объёмных и поверхностных волн на границах контактирующих материалов применительно к совершенствованию метода обнаружения слабо выявляемых дефектов сцепления (адгезии) материалов. Для этого разработана и изготовлена иммерсионная установка, работающая в теневом режиме и позволяющая моделировать пространственные поля рассеянных продольных волн на неоднородной или дефектной границе сцепления материалов. Как предполагается, взаимодействующие с такой границей волны приобретают дискретный или плавно изменяющийся фазовый сдвиг, существенно сказывающийся на формировании поля рассеяния в его периферийной зоне. Увеличение же этого сдвига позволяет значительно повысить чувствительность обнаружения слабо выявляемых дефектов.

Проведено экспериментальное исследование рассеяния продольных волн на разработанной установке и имитаторах дефектов, моделирующих дискретно и плавно изменяющиеся граничные условия, которые согласуются с изменением фазового сдвига рассеиваемых волн. Получены амплитудные зависимости поля рассеяния в зависимости от угла их приема в диапазоне от 20º до + 20º и смещения центра моделируемого дефекта относительно оси зондирующего акустического луча. Как установлено, наблюдается качественное соответствие между расчётными и опытными данными.

Настоящие исследования представляют интерес для решения ряда задач по повышению эффективности ультразвукового контроля современных объектов со слоистой структурой и будут способствовать расширению возможностей использования предложенного метода.

311-322 70
Аннотация

В условиях наступления промышленной революции «Индустрия 4.0», индивидуализации предоставляемой продукции и услуг, перехода к единичному производству вопросы обеспечения приемлемости производственных процессов на стадии разработки и проектирования становятся актуальными. Целью данной работы являлась разработка стратегии принципиального решения проблемы гарантированного обеспечения приемлемости производственных процессов, как интегральной характеристики качества.

Предложен системный подход разработки стратегии, в основу которого положены подходы теории решения некорректных задач. Признаки корректности математических задач по Ж. Адамару адаптированы к задачам обеспечения приемлемости производственных процессов (технологических и измерительных) в части идентификации свойств проявления некорректности и способов управления некорректностью.

Установлено, что для производственных процессов (технологических и измерительных) свойство робастности может рассматриваться как обобщённый показатель приемлемости. Обоснована эквивалентность понятий некорректности задач по Ж. Адамару и потерями робастности производственных процессов. Сделан вывод о том, что в основу системного подхода к оцениванию и управлению потерями робастности производственных процессов могут быть положены наработанные подходы и техники теории некорректных задач. Предложена классификация ситуаций потерь робастности производственных процессов в соответствии с классификацией признаков некорректности задач по Ж. Адамару.

Для практической реализации стратегии гарантированного обеспечения приемлемости производственных процессов разработан двухшаговый алгоритм обеспечения робастности производственных процессов на стадии их разработки, включающий идентификацию источников потерь робастности и управление факторами входа, вызывающими существенную вариацию выхода процесса. Систематизированы источники потенциальных факторов потерь робастности производственных процессов, предложен двухэтапный механизм управления ими. Для каждого этапа обоснованы рациональные методы обеспечения робастности производственных процессов, наработанные практикой решения некорректных задач. Предложен метод обеспечения высокой эффективности управления потерями робастности в определенных ситуациях, в основе которого положены принципы Г. Тагучи по робастному перепроектированию производственных процессов.

323-331 70
Аннотация

Измерению временных параметров, в том числе и их изменению, уделяется большое внимание в современной диагностике. Целью данной работы являлась разработка метода измерения временных интервалов, позволившего увеличить точность измерения за счёт уменьшения погрешностей, связанных с нестабильностью основных параметров импульсного сигнала.

В большинстве используемых подходов, мало учитывается погрешность, связанная с нестабильностью основных параметров исследуемых сигналов. В качестве альтернативы предложен спектральный метод, при котором измерение временных интервалов, а также их изменения производится на основе анализа импульсных последовательностей, сформированных на основе характерных точек измеряемого сигнала. Для этого рассмотрена двойная импульсная последовательность, получено уравнение для амплитуд её спектральных составляющих и, в соответствии с этим, установлено, что время задержки между двойными импульсами является наиболее информативным параметром.

Далее с помощью ПО Mathcad проведён анализ областей чувствительности на изменение основных параметров импульсной последовательности, а именно частоты следования, как основного дестабилизирующего фактора.

Как результат реализации разработанной методики, предложена структурная схема измерительной системы и проанализирована погрешность измерения, связанная с нестабильностью основных параметров импульсной последовательности. Данная погрешность составляет менее 0,01 %.

Таким образом, рассмотренный метод позволяет повысить точность измерения временных интервалов за счёт практически полного исключения влияния нестабильности опорной частоты и амплитуды формируемых импульсов, что недостижимо современными аппаратными средствами в том числе и при цифровой обработке сигналов.



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