Цель работы – установление взаимосвязи между структурными, электрическими и термоэлектрическими свойствами неупорядоченных плёнок оксидов олова для определения возможности дальнейшего их применения в качестве материалов для термоэлектрических преобразователей. Неупорядоченные многофазные плёнки оксидов олова синтезированы методом магнетронного распыления олова на стеклянные подложки в плазме аргона c последующим двухстадийным отжигом на воздухе. Структурные, электрические и термоэлектрические свойства плёнок варьировались посредством изменения температуры на 2-й стадии отжига в диапазоне 350–450 °C. Установлено, что плёнки, синтезированные при температуре 350 °С на 2-й стадии отжига, имеют рентгеноаморфную структуру и характеризуются наибольшей величиной удельной электропроводности σ ≈ 28,5 См/м. Структура образцов, полученных при температурах 400 и 450 °С на 2-й стадии отжига, является поликристаллической многофазной, с наличием в их составе как стехиометрических (SnO, SnO₂), так и нестехиометрических (Sn₂O₃ и Sn₃O₄) фаз оксидов олова (с преобладанием фазы SnO2 при отжиге при 450 °С). При этом эти образцы характеризуются большей величиной коэффициента Зеебека S (–156 мкВ/К и –163 мкВ/К соответственно) по сравнению с рентгеноаморфными плёнками, для которых величина S = –90 мкВ/К. Установлено, что электропроводность как аморфных, так и поликристаллических плёнок оксидов олова в диапазоне температур ≈ 80–300 К может быть описана в рамках модели, предполагающей активацию электронов с примесных уровней в запрещённой зоне, связанных с кислородными вакансиями в различных зарядовых состояниях. Показано, что для всех исследованных образцов для оценки взаимосвязи между коэффициентом Зеебека S и положением уровня Ферми E_F может быть применена формула Писаренко при условии, что параметр r < –2.

Современные технологии захвата движения и анализа его параметров, основанные на использовании инерциальных измерительных модулей, находят всё более широкое применение в различных областях: биомедицинская инженерия, спорт, мониторинг физической активности, эргономика, научные исследования движения и смежные дисциплины. Цель исследования заключалась в разработке и экспериментальной проверке алгоритма автоматического подбора частотных характеристик фильтров и порога обнаружения для повышения точности и надёжности обнаружения фаз шага. Данная задача имеет принципиальное значение не только для объективной реабилитации и мониторинга двигательной активности, но и для задач спортивной аналитики, эргономики, игровых и инженерных разработок, а также научных исследований локомоции. В работе представлен автоматизированный подход к оптимизации параметров обнаружителя фаз шага на основе данных трёхосевого акселерометра, закреплённого на стопе. Реализован эволюционный алгоритм искусственного интеллекта, имитирующий процессы естественного отбора, который обеспечивает автоматический поиск оптимальных параметров обнаружителя шага путём минимизации ошибки между восстановленной с помощью инерциальных измерительных модулей и эталонной (оптической) траекторией, полученной с системой OptiTrack. Подробно описаны механизмы формирования и эволюции популяции параметров, построение целевой функции и методы компенсации дрейфа при интегрировании ускорения. Эксперименты с движением по замкнутому квадратному маршруту подтвердили высокую точность и устойчивость предлагаемого метода: совпадение оптимизированной траектории с эталонной указывает на практическую применимость подхода для точной реконструкции локомоции в различных условиях. Методика легко адаптируется к индивидуальным особенностям движений и может быть интегрирована в современные носимые сенсорные системы для широкого спектра научных и прикладных задач.

Повышение эффективности ультразвуковой диагностики объектов с криволинейной поверхностью, включая цилиндрическую, сферическую и др., является важной научно-технической задачей. Цель работы состояла в разработке методики и экспериментальном исследовании возбуждения поверхностных вращающихся волн на контактирующих с металлической подложкой (опорой) образцах цилиндрической и сферической формы, используя предложенный дистанционный способ прозвучивания, где подложка служит в качестве линии акустической задержки для передачи-приёма сигналов между преобразователями и объектом исследования. Проанализирован акустический тракт предложенной измерительной схемы, работающей в теневом и эхо режимах, и экспериментально выявлены зависимости амплитуды и скорости возбуждаемых в цилиндрических стальных и дюралевых образцах поверхностных вращающихся волн от их радиуса r, частоты волны ν и числа оборотов n волны, при варьировании углового волнового число в диапазоне p = 2πr/λ = 20–125. Экспериментально установлен квазилинейный рост коэффициента ослабления волны от диаметра образца на частотах ν = 1–5 МГц. Рост пройденного волной расстояния сопровождается падением амплитуды волны по закону, близкому к экспоненциальному, достигая наибольшего ослабления с уменьшением r. Изменение же скорости поверхностных вращающихся волн в указанном диапазоне варьирования p не превысило 1,5–2 %, возрастая с уменьшением радиуса образца и частоты волны. Полученные опытные данные об особенностях изменения параметров акустических импульсов при прохождении поверхностных вращающихся волн через трещину и модельные покрытия образцов свидетельствуют о возможности применения предложенного способа для контроля объектов указанной формы.

В настоящее время представляют прикладную ценность задачи начального определения орбиты космических объектов по измерениям угловых координат (прямого восхождения и склонения) в условиях ограниченного количества данных. Целью работы являлась разработка безитерацинной оценки вектора наклонной дальности неизвестного космического объекта относительно пункта наблюдения в условиях ограниченного количества данных угловых оптических измерений для определения орбитальных параметров (большая полуось, наклонение, эксцентриситет, долгота восходящего узла и аргумент широты) в режиме близком к реальному времени. Это является актуальным при решении задач оперативного определенияи орбит неизвестных космических объектов для предотвращения аварийных сближений и возможных столкновений, особенно в условиях роста числа запускаемых спутников и увеличения плотности космического мусора на низких околоземных орбитах. Представлен метод начального определения орбиты (в отсутствии данных об орбитальных параметрах) неизвестного космического объекта по угловым оптическим измерениям на короткой дуге наблюдений (< 0,5°) в двух областях обнаружения. Предложенный метод даёт возможность оценить вектор наклонной дальности неизвестного космического объекта относительно пункта наблюдения на основе данных угловых измерений и расчётных значений проекции величины скорости на плоскость кадра опорного спутника (с известными орбитальными параметрами). Для оценки величины проекции линейной скорости на плоскость кадра используется метод обнаружения космических объектов в видеоданных оптической системы наблюдения. В результате экспериментальных оптических наблюдений для обнаруженной ступени ракетоносителя SL-12/RB, проведены угловые измерения и рассчитаны орбитальные параметры. Абсолютные ошибки в определении параметра большой полуоси ступени ракетоносителя SL-12/RB, не превысили 19,71 км. Абсолютная ошибка параметра наклонения орбиты i ступени ракетоносителя SL-12/RB составила 0,033°, долготы восходящего узла Ω – 0,083° и аргумента широты u – 0,046°.

В последние годы всё чаще применяют высокоточные зондовые методы для контроля микроструктуры поверхности, механических и трибологических свойств покрытий вместо стандартных методов. Целью работы было исследование трибологических характеристик износостойких покрытий (на примере покрытий AlCrBN, осаждённых при изменении давления азота, напряжения смещения на подложке и тока катода) на микрои наноуровне с применением метода наноскретчтестирования (наноцарапания). Метод наноскретчтестирования является нестандартным методом трибоиспытаний износостойких покрытий и основан на возвратнопоступательном движении по поверхности (под определённой нагрузкой) сферического алмазного индентора с радиусом закругления 226 нм. Установлено, что коэффициент трения снижается c 0,087 до 0,036 у покрытий, осаждённых при увеличении давлении с 2 до 5 Па. При изменении напряжения смещения на подложке с -50 до -150 V коэффициент трения уменьшается с 0,077 до 0,041, при изменении величины тока катода с 80 до 100 А коэффициент трения практически не меняется. Применение такого метода позволило провести многоцикловое трибоиспытание покрытий AlCrBN, определить средние значения коэффициента трения, а также полностью исключить влияние микрочастиц (характерных дефектов для покрытий, осаждённых катоднодуговым методом) на измерения. Таким образом показана эффективность наноскретчтестирования (наноцарапания) как метода контроля износостойких покрытий.

Численное моделирование электрических характеристик полупроводниковых фотодиодов является важным этапом на стадии их разработки и проектирования. В этой связи следует отметить, что одним из наиболее перспективных методов, который может быть использован для этой цели, является многочастичный метод Монте-Карло. Данный метод позволяет учитывать и включать наряду с доминирующими механизмами рассеяния носителей заряда в приборной структуре также и процессы ударной ионизации, что является очень важным при адекватном моделировании широкого класса кремниевых фотодиодов, работающих в режиме обратного смещения. Целью работы явилось изучение влияния процесса ударной ионизации на электрические характеристики кремниевых субмикронных фотодиодов с p-n-переходом и p-i-n-структурой, работающих в режиме обратного смещения при воздействии пикосекундных импульсов излучения видимого диапазона спектра. С помощью самосогласованного моделирования многочастичным методом Монте-Карло проведен расчёт и сравнение с известными экспериментальными данными коэффициента ионизации электронами в объёмном кремнии при температуре кристаллической решётки 300 К. Рассчитан фотоотклик в кремниевых субмикронных фотодиодах с p-n-переходом и фотодиодах с p-i-n-структурой для различных толщин i-области. Показано, что использование для расчёта интенсивности процесса ударной ионизации простых моделей, подобных модели Келдыша, предполагающих постоянные значения пороговой энергии и других параметров, не позволяет согласовать полученные значения коэффициента ионизации с экспериментальными данными в широком диапазоне напряжённости электрического поля. Этот результат ставит вопрос об адекватности моделирования электрических характеристик приборных структур с неоднородным электрическим полем при использовании таких простых моделей ударной ионизации.

Корректное измерение длины объектов на изображениях, искажённых воздействием помех, является важной задачей зондовой микроскопии. Существующие методы измерения не в полной мере учитывают специфику конкретной предметной области. Целью настоящей работы являлась разработка нетребовательного к вычислительным ресурсам алгоритма выделения остовов объектов, ориентированного на особенности изображений в сканирующей зондовой микроскопии. Ограниченное быстродействие зондового микроскопа, загрязнение поверхности образца, неидеальность зонда приводят к типовым помехам в виде полос, 1/f шумов, флуктуаций яркости и вызывают дефрагментацию остовов объектов и снижение точности измерений длины. Предложенный в работе метод использует прогнозные оценки рельефа для устранения влияния этих помех. Прогноз определяется на основе экстраполяции информации из столбцов растра уже отсканированной части изображения. Прогнозный интервал равен одному интервалу дискретизации изображения. Совокупность прогнозных оценок формирует прогнозное изображение, которое затем используется при определении длины объектов. Особенность прогнозных изображений заключается в увеличении резкости искажённых помехами областей. Это позволило при выделении объектов с помощью детекторов кривизны дефрагментировать остовы и точнее измерить их длину. Исследования показали, что увеличение интегральной ошибки прогнозирования является признаком необходимости дополнительной обработки изображений от низкочастотных или ударных помех. При этом использование прогнозных изображений снижает относительное отклонение количества нераспознанных остовов и среднее отклонение максимальной измеренной длины. Установлено, что управляющая информация в виде прогнозных оценок может использоваться при обработке изображений в зондовой микроскопии для детектирования и частичного устранения помех. Формирование прогнозных изображений усиливает резкость объектов и повышает вероятность их корректного выделения методами, основанными на анализе изменений функции яркости.

Cуществуют различные методы диагностики трансформаторов. Анализ используемых методов и диагностических систем указывает на достижение определённой сложности дальнейшего развития существующих методов и диагностических систем. Это обусловлено сложностью входных сигналов, достаточно большим числом параметров, нелинейными множественными динамическими взаимосвязями. Одним из наиболее перспективных видов диагностики, на сегодняшний момент, является анализ частотных характеристик трансформатора. Целью данной работы являлось выявление различных дефектов трансформатора с помощью анализа частотных характеристик. В данной работе для обнаружения дефектов сердечника и обмоток использован анализ частотных характеристик на основе метода трёх вольтметров. В результате проведения серии экспериментов получены импедансные и фазо-частотные характеристики трансформаторов с дефектами сердечника и обмоток. Данные характеристики показывают значительные различия между нормальным и аварийным состояниями трансформаторов. Полученные характеристики в виде изображений являются исходными данными для свёрточной нейронной сети, определяющей вид дефекта. Использование частотных характеристик однофазных и трёхфазных трансформаторов при диагностировании предотказных состояний и отказов позволит создать универсальный программно-аппаратный комплекс диагностики для трансформаторов различных типов и номинальных данных.

Важным моментом в процессе восстановительного лечения заболеваний нервно-мышечного аппарата является электростимуляция. Выбор частотно-временных параметров сигнала и его согласование с электрическими параметрами биологических тканей является одним из основных факторов в практике электростимуляции. Целью данной работы являлась оптимизация параметров электрического воздействия в соответствии с функциональным состоянием мышц. Исследования проводились на двуглавой мышце плеча верхней конечности испытуемого и включали исследование зависимости усилия, развиваемого мышцей, от амплитуды напряжения стимулирующего сигнала и исследование фазочастотной характеристики межэлектродного импеданса двуглавой мышцы плеча верхней конечности испытуемых. Определена взаимосвязь оптимального значения частоты электростимуляции, вызывающей максимальное усилие мышцы, и величины фазового сдвига фазочастотной характеристики тканей. Изучена зависимость усилия, развиваемого мышцей при электростимуляции, от величины амплитуды стимулирующего сигнала при различных значениях частоты электростимуляции. Установлено, что при увеличении амплитуды стимулирующего сигнала увеличивается частота экстремума фазочастотной характеристики биоткани, а соответственно и увеличивается частота электростимуляции, вызывающая максимальное усилие мышц. Результаты работы могут быть использованы при проектировании систем электростимуляции опорно-двигательного аппарата с обратной связью.