Для исследования и контроля полупроводниковых пластин широко используются бесконтактные электрические методы, основанные на измерении потенциала поверхности (CPD) в сочетании с освещением и/или осаждением зарядов на образец с помощью коронного разряда, а также на измерении поверхностной фото-ЭДС (SPV). По фото-ЭДС возможно определение времени жизни неосновных носителей заряда, их диффузионную длину и обнаружение следов тяжелых металлов на поверхности. Кроме того, с использованием фото-ЭДС возможно определение поверхностного сопротивления полупроводниковой пластины, некоторые параметры слоя диэлектрика на поверхности и барьерную фото-ЭДС (JPV). Результаты измерения электрических параметров отражают влияние приповерхностных характеристик на конечные характеристики устройств. Целью работы являлась разработка универсального цифрового зондового электрометра, реализующего различные бесконтактные электрические методы анализа полупроводниковых пластин, в котором передача полученных данных, изменение конфигурации, удалённое тестирование и калибровка осуществляются по цифровым каналам локального управления. В работе описан разработанный авторами универсальный цифровой зондовый электрометр, реализующий описанные выше бесконтактные электрические методы анализа полупроводниковых пластин (CPD, SPV и JPV). Управление электрометром, включающее передачу полученных данных, изменение конфигурации, удалённое тестирование и калибровка, осуществляется по цифровым каналам локального управления. Благодаря высокому быстродействию методы определения электрических характеристик подходят для контроля полупроводниковых пластин в процессе производства. Приведены результаты тестирования разработанного зондового электрометра в режимах CPD, SPV и JPV, отражающие эффективность предложенных подходов.

Создание, контроль и постоянное использование эталонов теплопереноса являются важнейшими факторами в развитии современного материаловедения. Это в особенности актуально в связи с появлением новых материалов с недостижимыми ранее теплофизическими параметрами. Целью работы являлась разработка и экспериментальное апробирование идеи совместного применения известного в нелинейной оптике метода динамических решёток и одного эталона температуропроводности стандартного типа для метрологического контроля параметров теплопереноса в материалах с широким диапазоном значений. Предложенный метод основан на использовании стандартного эталона температуропроводности как источника калиброванных оптических сигналов, возбуждаемых в нём короткими лазерными импульсами. Их длительность определяется коэффициентом температуропроводности эталона и периодом динамической решётки. Последний легко контролируется средствами современной оптики. Построенный с помощью эталона линейный график зависимости времени жизни множества динамических решёток от квадрата их периодов в сочетании с измеренным временем жизни решётки в исследуемом материале позволяют вычислить коэффициент температуропроводности. В приповерхностных слоях микронной толщины в трёх образцах – дюралюминий, монокристаллический кремний и термоэлектрик теллурид свинца – проведены измерения искомых параметров. Результаты тестирования близко соответствуют справочным значениям.

Генерирующие источники импульсного фотонного излучения находят все большее применение в науке и промышленности. В связи с этим растёт потребность в приборах дозиметрического контроля, способных работать в полях импульсного фотонного излучения. Однако до настоящего времени нет исчерпывающей методики, описывающей критерии выбора источников эталонных полей импульсного фотонного излучения, необходимых для калибровки и поверки дозиметрического оборудования. Целью работы являлось изучение возможности использования медицинского линейного ускорителя электронов (далее ЛУЭ) в качестве генерирующего источника эталонного поля импульсного фотонного излучения для калибровки и поверки дозиметрического оборудования. В работе исследовались основные характеристики поля фотонного излучения (спектр и средняя энергия излучения, мощность кермы в воздухе и мощность амбиентного эквивалента дозы Ḣ*(10), создаваемая полем в заданной точке), генерируемого ЛУЭ в двух режимах работы: 6 МВ и 18 МВ. Дополнительно исследовалась возможность ослабления интенсивности фотонного излучения ЛУЭ свинцовым фильтром. Экспериментальное определение мощности кермы в воздухе (далее мощность кермы), генерируемой полем фотонного излучения ЛУЭ в заданной точке, производилось путём прямых измерений при помощи эталонного дозиметра. Расчёт спектра и средней энергии фотонного излучения ЛУЭ, производился при помощи Монте-Карло моделирования в программе Fluka. На основе результатов измерений и моделирования произведен расчёт мощностей амбиентного эквивалента дозы Ḣ*(10), генерируемых ЛУЭ в заданной точке. Установлено, что свинцовый фильтр эффективно ослабляет фотонное излучение ЛУЭ как по мощности кермы, так и по мощности амбиентного эквивалента дозы до уровней, подходящих для калибровки и поверки дозиметрического оборудования, предназначенного для работы в полях импульсного излучения. Показано, что свинцовый фильтр существенно влияет как на спектр фотонного излучения ЛУЭ, так и на его среднюю энергию.

Повышение надёжности контроля структуры чугунов и их физико-механических характеристик является важной научно-технической задачей машиностроительной промышленности. В работе изучены возможности контроля структуры чугунов, используя структурный шум, создаваемый рассеянием ультразвуковых колебаний на графитовых включениях разной формы. Предметом настоящих исследований являлись такие характеристики структурного шума как амплитудновременные А(t) и среднеквадратичные амплитуды AN волн рассеяния, сопоставляемые с данными по скорости ультразвуковых колебаний, а также прочностью или временным сопротивлением на растяжение образцов чугунов. В результате исследований впервые выявлено существенное различие между амплитудными параметрами структурного шума AN, полученными для образцов с разной формой графитовых включений на частоте 5 МГц. Так, например, для образцов серого чугуна (СЧ10, СЧ15, СЧ20, СЧ25), имеющих преимущественно пластинчатую форму графитовых включений, величина AN на 14–15 дБ превышает ту, что измерена в высокопрочных чугунах с превалирующей формой включений графита шаровидной формы – ВЧ50. При этом, рост продольной скорости ультразвука с увеличением временного сопротивления составил ≈ 20–25 %. Предложен метод отбраковки серого чугуна от высокопрочного по данным амплитудных параметров структурного шума AN при одностороннем и локальном прозвучивании объекта без использования дополнительного опорного сигнала, отражённого от его оппозитной стенки.

Контроль дисперсности микро- и наночастиц по изображениям имеет большое значение для обеспечения заданных свойств самих частиц и материалов на их основе. Целью данной работы являлось исследование возможностей применения преобразования Хафа для контроля дисперсности накладывающихся частиц и их агломератов. Анализ применения преобразования Хафа для накладывающихся частиц и их агломератов показал следующее. Особенности конвенциональной реализации приводят к предпочтительной регистрации больших частиц, смещению центров перекрывающихся частиц, искажению размеров. Для корректного использования преобразования Хафа требуется точная настройка всех его параметров. Для автоматизации такой настройки исследованы зависимости количества и размера регистрируемых на изображении частиц от параметров преобразования Хафа. Исследования проводились на тестовых изображениях с известным количеством и размерами частиц. Результаты показали, что при изменении пороговых параметров преобразования Хафа число регистрируемых частиц стабилизируется вблизи их оптимальных значений. При изменении диапазона размеров, регистрируемых преобразованием Хафа частиц изменяется гистограмма распределения частиц по размерам. При этом оптимальная ширина диапазона определяется по наиболее устойчивым экстремумам гистограммы. Максимальное межцентровое расстояние устанавливается не менее половины оптимального диапазона. Описан и реализован алгоритм настройки, подразумевающий многократный запуск преобразования Хафа с различными комбинациями параметров. Алгоритм включает этапы грубой и точной настройки, позволяющие точнее приблизится к оптимальным параметрам. Работоспособность алгоритма подтверждена на тестовых и реальных изображениях. При этом погрешности определения размеров и количества частиц многопроходового преобразования Хафа находятся на одном уровне или превосходят данные показатели у методов-аналогов.

Современные средства контроля систем обеспечения водой на предприятиях или в жилищной сфере используют лазерные системы зондирования жидкости. При этом, как правило, используются лабораторные анализы полученных проб жидкости, а также спектральные методы анализа при сканировании жидкости излучением разных длин волн. Эти подходы не позволяют проводить анализ в реальном масштабе времени движущегося потока жидкости (поточный анализ). В работе рассмотрен вариант построения системы обнаружения и идентификации аварийных сгустков загрязняющих веществ в потоке жидкости с использованием лазерного излучения в реальном масштабе времени. Приведены основные принципы построения системы, блок-схема структуры системы и параметры идентификации сгустков исследуемых веществ, протекающих в трубопроводах системы канализации или водоочистки на промышленных предприятиях. При построении системы используется несколько длин волн лазерного излучения, одновременно направленных в одну исследуемую точку сгустка исследуемого потока жидкости. Длины волн излучения определяются на стадии подготовки к исследованию. На этой начальной стадии процесса анализируются оптические спектры пропускания веществ, которые априори возможны в исследуемом потоке жидкости. Основной критерий выбора длин волн – различие оптических спектров пропускания веществ на выбранных длинах волн. Для возможности технического разделения сигналов на различных длинах волн зондирующего излучения производится модуляция потоков излучений. Создание эталонов идентификации веществ в сгустках потока жидкости производится в форме решетчатых функций, содержащих составляющие оптического спектра пропускания вещества на определенных длинах волн лазерного излучения. Модуляцию излучения предлагается проводить путём управления накачкой каждого из излучателей системы. Предлагаемая система найдет применение в нефтегазовой, перерабатывающей промышленности, в системах фильтрации и очистки водоснабжения, промышленных предприятиях и предприятиях переработки сельскохозяйственной продукции.

Количественный анализ структуры металлов и сплавов является важной частью современного металловедения. Для получения количественных данных и построения зависимостей используются металлографические программы обработки изображений, ориентированные как на научные исследования, так и для использования в промышленности. Большой интерес у потребителя вызывают программы, способные автоматически проводить металлографический анализ. При рекламе таких программ зачастую утверждается, что они позволяют провести количественный анализ структуры практически без затрат времени. Целью данной работы являлось определение затрат времени на количественный металлографический анализ в некоторых программах обработки изображений, представленных на белорусском рынке. Рассматривались связанные и несвязанные металлографические объекты. Показано, что для несвязанных объектов (порошки, графит чугуна) возможен автоматический количественный анализ; затраты времени при этом составляют в пределах минуты. Для связанных объектов (структуры металлов и сплавов после металлографического травления) затраты времени на обнаружение объектов и получение цифровых данных составляют 10–40 мин и более в зависимости от сложности объекта, что неприемлемо для заводских лабораторий, которые анализируют большое количество образцов за смену. Поэтому потенциальным потребителям программ обработки металлографических изображений рекомендуется всегда требовать предметной демонстрации возможности автоматических измерений предлагаемого программного обеспечения.