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 10, № 4 (2019)
Скачать выпуск PDF

Средства измерений

301-307 4
Аннотация

Впервые сообщается о непрерывном лазере на кристалле Er,Yb:YMgB5O10 с диодной накачкой. Изучены условия синтеза кристаллов, спектры поглощения и люминесценции, кинетики затухания люминесценции. Определена эффективность переноса энергии от ионов иттербия к ионам эрбия. Определены выходные характеристики (выходная мощность, дифференциальный КПД, длина волны генерации) лазера на основе кристалла Er3+,Yb3+:YMgB5O10.

В спектрах поглощения в области 1 мкм наблюдаются две интенсивные полосы поглощения с пиками на длинах волн 937 нм и 976 нм. Максимальное поперечное сечение поглощения достигает 1.5·10–202 на длине волны 976 нм для поляризации E//Ng. В спектре поглощения в спектральной области 1425–1575 нм наблюдается набор узких полос поглощения. Измеренное время жизни верхнего уровня 4I13/2  ионов Er3+ составило 390 ± 20 мкс. Эффективность переноса энергии от ионов иттербия к ионам эрбия для кристалла Er(2 ат.%),Yb(11 ат.%):YMgB5O10 достигала 84 %. Максимальная выходная мощность лазерной генерации на длине волны 1570 нм составила 0,2 Вт при дифференциальном КПД 8 %.

Благодаря высокой теплопроводности (≈ 6.2 Вт·м1·K–1) кристалла Er,Yb:YMgB5O10 , он может быть с успехом использован в качестве активной среды для лазеров дальномерных систем и ЛИДАРов.

308-321 9
Аннотация

В настоящее время изучение трения качения является одним из основных направлений в исследовании закономерностей контактного взаимодействия твёрдых тел. О сложности решения проблем, существующих в этой области, свидетельствует практически необозримое количество публикаций, список которых постоянно растёт.

В данной работе внимание уделяется исследованиям моментов сопротивления качению при смещениях из положения равновесия тела в форме шарика, существенно меньших размеров пятна контакта. Цель представленной работы состояла в описании конструкции разработанного авторами одноконтактного маятникового прибора, в котором физический маятник, опираясь на плоскую поверхность исследуемого тела только одним шариком, совершает свободные малые качания со стабильной вертикальной плоскостью качаний, а также в описании специальной методики измерений с высокой чувствительностью и точностью сил сопротивления качению, в том числе, сил адгезии и упругих сил частотно-независимого внутреннего трения.

Оригинальность методики измерения сопротивления качению в данной работе состоит в использовании метода нелинейной аппроксимации зависимости амплитуды и периода качаний маятника от времени. Аппроксимация проводится на основании предложенных законов затухания амплитуды и изменения периода, которые отличаются от обычного экспоненциального закона. Предполагается, что данный подход позволяет провести оценку поверхностного натяжения твёрдого тела и оценку давления сил адгезии между поверхностями контактирующих тел, а также установить аналитический вид момента сопротивления качению. Проведены эксперименты для следующих пар контактирующих тел: сталь-сталь, сталь-стекло, сталь-кремний. Построены кривые зависимости момента сопротивления качению от амплитуды качаний маятника.

Разработанный одношариковый маятниковый прибор и предложенная методика измерений открывают новые широкие возможности для исследований механизмов и закономерностей сопротивления качению в условиях микрои мезоперемещений катящегося тела из состояния покоя.

322-330 6
Аннотация

Транзисторные структуры являются базовыми элементами интегральной схемотехники и часто используются для создания не только собственно транзисторов, но и диодов, резисторов, конденсаторов. Определение механизма возникновения импеданса индуктивного типа в полупроводниковых структурах является актуальной задачей, решение которой создаст предпосылки к разработке твердотельных аналогов катушек индуктивности. Цель работы – установить влияние экстракции неравновесных носителей заряда из базовой области на реактивный импеданс биполярного p–n–p-транзистора.

Методом импедансной спектроскопии в интервале частот 20 Hz–30 MHz исследованы структуры на базе p–n–p-транзисторов КТ814Г производства ОАО «ИНТЕГРАЛ». Показано, что в транзисторных структурах возможно наблюдение «эффекта отрицательной ёмкости» (импеданс индуктивного типа). Установлено, что наиболее вероятной причиной возникновения импеданса индуктивного типа является накопление нескомпенсированного заряда дырок в базе, а на величину индуктивного импеданса влияет как эффективность инжекции в переходе база–эмиттер, так и эффективность экстракции в переходе база–коллектор.

Результаты работы могут быть использованы при разработке технологий формирования элементов интегральных микросхем на основе кремния с импедансом индуктивного типа.

331-340 6
Аннотация

В настоящее время к сверхмалым космическим аппаратам предъявляются жёсткие требования в части точности определения положения спутника на орбите, при этом на спутник накладываются ограничения по массе, габаритам и потребляемой мощности. Целью данной работы являлось моделирование работы навигационного приёмника сверхмалого космического аппарата с ограничениями по энергопотреблению и вычислительным ресурсам.

Рассмотрены условия эксплуатации и определены требования к бортовому навигационному приёмнику сверхмалого космического аппарата. Описана работа на начальной стадии эксплуатации навигационного приёмника, тестирование работоспособности, детектирование ошибок, анализ достоверности решения задачи навигационно-временного определения.

Разработана структура задач проектной баллистики по прогнозированию орбит сверхмалого космического аппарата и навигационных спутников, интервалов радиовидимости для систем ГЛОНАСС и GPS, а также параметров навигационных сигналов.

Для предполагаемой орбиты спутника СubeBel-1 проведено численное моделирование орбитального движения относительно спутников систем GPS и ГЛОНАСС. Рассчитана динамика доплеровского сдвига частоты сигналов спутника GPS в приёмнике без ограничений по относительной скорости движения за одни сутки. Для спутников систем GPS и ГЛОНАСС рассчитаны интервалы радиовидимости и определены оптимальные условия для холодного старта навигационного приёмника с ограничением по относительной скорости (Vотн < 500 м/c) за 1 ч работы как при отдельной, так и при совместной работе по обеим системам.

Для отработки методов верификации экспериментальных данных спутника СubeBel-1 исследована работа навигационного приёмника спутника Nsight по данным принимаемой телеметрии от начала его полёта до момента выхода в стабильный режим работы. Показано, что данные телеметрии навигационного приёмника на этапе тестирования имели существенную ошибку. После программной корректировки навигационный приёмник работал стабильно в течении всей недели наблюдения, ошибка измерений долготы и широты не превышала 0,2°.

341-352 9
Аннотация

Актуальность раннего обнаружения признаков пожара вполне очевидна, поскольку в результате принятия необходимых мер по эвакуации людей и материальных ценностей, обесточиванию электрооборудования и тушению пожара в момент начала возгорания либо пассивного тления можно полностью избежать человеческих жертв и сократить экономические потери до минимума.

Приведено графическое представление классификации пожарных извещателей в виде обобщённой схемы с использованием всех основных классификационных признаков, их достоинства и недостатки. Определены оптимальные области использования извещателей в зависимости от пожарной нагрузки. Показана эффективность применения комбинированных пожарных извещателей, оснащённых помимо традиционных дымовых и тепловых датчиков газовыми сенсорами, как комплексного подхода к организации осуществления контроля над охраняемыми объектами.

Приведены результаты разработки высокочувствительного двухзонного сенсора с чувствительными элементами на основе пленок оксида железа для детектирования выделения взрывоопасных и отравляющих газов в начальной стадии тления до образования условий воспламенения. Применение газовых сенсоров, реагирующих на опасные газы в окружающей среде, существенно снижает риск гибели людей от отравления угарным газом.

Методы измерений, контроля, диагностики

353-359 5
Аннотация

В первой части статьи приведены базовые сведения о методах диагностики силовых трансформаторов. В этой части представлены различные методы исследования изоляции, в частности, метод восстановления напряжения, метод токов поляризации и деполяризации и метод хроматографического анализа.

Во второй части статьи рассмотрено использование метода частотной спектроскопии для масляных силовых трансформаторов. Данный метод использован для анализа состояния изоляции силовых трансформаторов с системой масло-бумага. Определено, что на результаты такого анализа значительное влияние оказывает температура окружающей среды при проведении измерений. Влажность и проводимость между бумажной изоляцией и маслом существенно зависят от температуры.

Далее в статье приведены экспериментальные результаты диагностических частотных измерений для однофазного тягового трансформатора 110/27 кВ при различных значениях температуры окружающей среды и в различных состояниях (с маслом и без масла).

В завершающей части статьи выполнено сравнение результатов частотных измерений нескольких однотипных однофазных трансформаторов 110/27 кВ.

360-372 3
Аннотация

Повышение надёжности и производительности контроля неразъёмных соединений различных материалов, выполненных сваркой, напылением, склеиванием, пайкой и другими методами, является важной производственной задачей, для решения которой наиболее простым и эффективным является акустический метод. Цель работы заключалась в расширении технических возможностей и повышении чувствительности акустического контроля дефектов сцепления материалов на основе установления закономерностей формирования поля рассеяния упругих волн от неоднородной границы в трёхмерном пространстве и выдаче рекомендаций для разработки методик контроля таких объектов. Впервые в рамках классических представлений проведён расчёт полей и анализ полей рассеяния падающего акустического луча с круглым поперечным сечением, перемещаемого через границу полубесконечного дефекта. В качестве важного параметра дефекта неразъёмного соединения предлагается использовать фазовый сдвиг между отражёнными от указанных поверхностей волнами, варьируемый в диапазоне π/4–π. Он оказывает существенное влияние на диаграмму направленности поля и её угловые экстремумы – минимумы и максимумы разных порядков при перемещении границы дефекта относительно центра пятна акустического луча.

Установлены особенности эволюции структуры поля рассеяния, позволяющие выявить оптимальные условия для обнаружения слабо отражающих звук дефектов. Показана принципиальная возможность оценки площади дефекта (дефектов) по данным изменения амплитуды первичного максимума диаграммы направленности поля рассеяния. Представленные экспериментальные данные находятся в хорошем качественном соответствии с расчётными данными.

На конкретных примерах показана эффективность использования предложенного метода для ряда практических приложений.

373-381 5
Аннотация

Объектом исследования являются программные методы обработки изображений участков земной поверхности, полученные со спутника VRSS-2, для определения спектрального состава растительного покрова на предмет обнаружения присутствия каротиноидов при длительном воздействии углеводородов.

Проведен анализ фотосинтетических пигментов высших растений (хлорофиллов, каротиноидов и фитобилипротеинов). В хлоропластах высших растений хлорофилл и каротиноиды присутствует в соотношении примерно 3:1. Присутствие углеводородов увеличивает количество каротиноидов. Каротиноиды имеют полосы поглощения в сине-фиолетовой области от 400 до 500 нм и высокий коэффициент отражения в красно-оранжевой и желтой области спектра, что соответствует мультиспектральному MSS режиму работы (B2) фотокамеры спутника VRSS-2. Анализ растительности, произрастающей в исследуемом районе населенного пункта Пуэрто-Кумаребо показал, что наилучшим индикатором наличия углеводородов в почве может являться Prosopis juliflora – CUJI с глубокой корневой системой до 50 м, произрастающая в исследуемом районе.

При использовании программного обеспечения ENVI проведена сравнительная оценка эффективности обработки изображений фотоснимков с применением нормализованного относительного индекса растительности (NDVI) и индекса пигмента, не чувствительного к структуре (SIPI) на предмет обнаружения изменений в цветовой окраске зелёной растительности. Установлено, что для задач поиска углеводородов более применимым является индекс SIPI. При этом зафиксированные флуктуации индекса в области равномерной растительности на уровне 2,5 % характерны для нормальных условий произрастания и не могут служить доказательством наличия факторов, свидетельствующих о наличии в почве углеводородов. Для более детальной оценки присутствия каратиноидов в листве и наличия углеводородов в почве, требуются фотоснимки с большим оптическим разрешением объектов на поверхности.

382-390 3
Аннотация

Существующие методы контроля работоспособности мультикритериальных пожарных извещателей не предусматривают проверку их характеристик в условиях перехода тления в пламенное горение. Целью работы являлась разработка методики исследования параметров окружающей среды при переходе от тления (пиролиза) в пламенное горение для моделирования тестового пожара при проверке качества работы мультикритериальных пожарных извещателей.
Разработана методика проведения исследований параметров окружающей среды в условиях нагрева образцов древесины разного размера до температуры самовоспламенения и горение листов мятой и гладкой бумаги.
Впервые исследованы изменения концентрации угарного газа, удельной оптической плотности, рассеивающей способности при переходе от тления (пиролиза) в пламенное горение подготовленных образцов древесины и мятой бумаги.
Показано, что контролируемые параметры окружающей среды при переходе от тления пиролиза в пламенное горение изменяются одновременно. Установлено, что при переходе от пиролиза к пламенному горению древесины наблюдается уменьшение в 2,4 раза скорости роста рассеивающей способности дыма, скорость увеличения удельной оптической плотности и концентрации угарного газа увеличиваются в 2 и в 5,3 раза соответственно.

391-401 5
Аннотация

Целью работы являлась разработка модели теплового механизма тушения пожара огнетушащим порошком общего назначения с учётом инерционности передачи тепла частицам порошка при нестационарном теплообмене для выявления оптимальных условий тушения порошками пожаров подкласса А1.

Достижение поставленной цели осуществлялось методом экспериментального и математического моделирования процесса тушения пожара подкласса А1 огнетушащим порошком общего назначения при кратковременном воздействии на очаг пожара. Получены экспериментальные зависимости времени тушения и удельного расхода огнетушащего порошка от интенсивности подачи порошка в зону горения при тушении пожара подкласса А1 локально по площади и локально в ограниченном объёме.

Анализ полученных закономерностей тушения пожара подкласса А1 огнетушащим порошком общего назначения при кратковременном воздействии на очаг возгорания показал наличие оптимальной величины интенсивности подачи огнетушащего порошка в зону пожара, при которой реализуется минимальный удельный расход порошка на тушение пожара. Наличие данного оптимума связано с инерционностью теплового механизма тушения пожара подкласса А1 порошками вследствие конечности времени передачи тепла, запасённого при пожаре, частицам огнетушащего порошка и ограниченности времени взаимодействия частиц с горючим материалом.

Проведён теоретический анализ процесса тушения пожара по площади с учётом инерционности передачи тепла частицам порошка при нестационарном теплообмене. Результаты анализа качественно согласуются с результатами экспериментального изучения закономерностей тушения по площади модельных очагов пожара подкласса А1 огнетушащим порошком общего назначения.



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