Статьи журнала - Научное приборостроение
Все статьи: 1320
ИДЕНТИФИКАЦИЯ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ ТЕРМОКАТАЛИТИЧЕСКИМИ СЕНСОРАМИ
Статья научная
Термокаталитические сенсоры газа — одни из самых широко используемых при измерении концентраций горючих газов. Однако, несмотря на множество достоинств данного типа сенсоров, существуют и недостатки, одним из которых является низкая селективность к целевым горючим газам. В данном исследовании представлены результаты применения методов машинного обучения для распознавания горючих газов в воздухе с использованием термокаталитических сенсоров. Измерения сигнала сенсора выполнялись с использованием метода многостадийного измерительного импульса, описанного в наших предыдущих работах. Для насыщения сигнала информацией о газовом составе окружающей среды данный метод был модифицирован путем значительного увеличения числа стадий измерений. В качестве целевых газов использовались метан и пары ацетона, этанола и бензина. Для обработки многомерного сигнала сенсора применялся метод опорных векторов. Результаты показывают, что предлагаемый подход позволяет идентифицировать газы единственным термокаталитическим сенсором, что может быть использовано при разработке селективных детекторов, реагирующих только на целевые газы.
Бесплатно
ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТАЛЛОКСИДНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ГАЗОВЫХ СЕНСОРОВ НА АММИАК
Статья научная
Разработаны и синтезированы чувствительные к аммиаку материалы на основе диоксида олова. Произведена оценка степени дефектности структуры, исследованы кислотно-основные центры поверхности синтезированных материалов индикаторным методом. Установлена и проанализирована взаимосвязь хемосорбционных свойств синтезированных газочувствительных слоев сенсоров (газовый отклик на концентрационное воздействие аммиака) и структуры материала датчика. Новизна исследования заключается в представленном в работе комплексном подходе к созданию, разработке и изготовлению сенсоров на аммиак путем синтеза материала с наперед заданными свойствами с использованием сразу нескольких методов модернизации поверхности.
Бесплатно
Статья научная
В статье проведен анализ возможностей и потребностей дистанционного мониторинга шельфа в прибрежном сегменте Глобальной системы наблюдения за океаном (ГСНО) с применением систем и методов измерений рассеяния ультразвуковых (гидроакустика) и электромагнитных (радиолокация) волн морской поверхностью. Основное внимание уделено проектированию технических основ ультразвукового способа мониторинга водоемов, в котором реализованы режимы облучения УЗ-сигналами со стороны дна обследуемой акватории с использованием различных эффектов нелинейной акустики. В рамках возможностей решения обратной задачи рассеяния — определения параметров морской поверхности по характеристикам рассеянных ею сигналов — основное внимание уделено применимости избирательного ("резонансного") механизма обратного рассеяния, соответствующего условию Брэгга – Вульфа. На основе анализа имеющихся результатов предложено расширить возможности способа измерения параметров взволнованной морской поверхности, перспективного к использованию в прибрежном сегменте общей системы морского мониторинга.
Бесплатно
ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ШИРОКОПОЛОСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ МИНИ-СПЕКТРОМЕТРОВ
Статья научная
На основе мини-спектрометров, эталонной лампы типа СИРШ с известной цветовой температурой и источников линейчатого спектра создан недорогой аппаратный комплекс для измерений параметров излучения гетеродиодов и интерференционных фильтров. Приведены примеры регистрации излучения гетеродиодов (полуширина полосы излучения 17–30 нм) с максимумом излучения в области 659 и 764 нм и измерения параметров полосового интерференционного фильтра (полуширина полосы — 12 нм) с максимумом пропускания 727 нм. В программу измерения и обработки данных введены параметры излучения эталонной лампы СИРШ, что существенно уточняет значение длины волны максимума излучения и пропускания.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время изучение газообмена листьев и даже целых растений не вызывает затруднений. Измерение параметров газообмена, как правило, производится с помощью инфракрасных газоанализаторов, интегрированных с открытыми системами газообмена. Полученные в процессе измерения значения параметров используются для оценки и расчета показателей физиологических процессов, интересующих исследователя, таких как, например, скорость поглощения углекислого газа растением в процессе фотосинтеза или скорость выделения паров воды в процессе транспирации. В научной литературе, посвященной физиологии растений, погрешность результата измерения физиологических параметров приводится без учета инструментальной погрешности, вклад которой в суммарную погрешность может быть значительным, поскольку физиологические параметры, представляющие интерес для исследователя, в большинстве своем являются косвенно измеряемыми величинами. Данная работа посвящена исследованию влияния погрешности измерения параметров газообмена растений, полученных с использованием открытых систем газообмена, на погрешность оцениваемых физиологических параметров. В работе анализируются уравнения, которые используются для оценки скорости поглощения углекислого газа и выделения паров воды на основе параметров газообмена растения и фактически являются стандартными для открытых систем газообмена; рассматриваются вопросы, связанные с выделением двуокиси углерода из растения в виде газа при респираторных процессах на свету. Дается оценка инструментальной погрешности результата измерения скорости поглощения углекислого газа в процессе фотосинтеза для открытых систем газообмена.
Бесплатно
ИЗМЕРЕНИЕ СОСТАВЛЯЮЩИХ КОМПЛЕКСНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ВЗАИМНОЙ ИНДУКЦИИ
Статья научная
Разработано микроконтроллерное устройство цифрового измерения составляющих комплексного сопротивления взаимной индукции магнитно-связанных катушек для случая, когда из-за эффектов "емкости" и "вихревых токов" в ЭДС взаимной индукции возникают "примесь" и "фазовый дефект". При этом в комплексном сопротивлении взаимной индукции появляется активная составляющая. Для инвариантного измерения составляющих этого сопротивления использован фазовый метод в сочетании с временнÏм разделением канала измерения. Измерительная цепь (ИЦ) питается током управляемого генератора синусоидальных сигналов. Информативным параметром выходного сигнала ИЦ является угол фазового сдвига между двумя напряжениями. Эти напряжения поступают на аналоговые входы программируемого микроконтроллера (МК). В процессе измерения МК устанавливает частоту генератора, управляет переключением канала измерения, измеряет угол фазового сдвига между выходными напряжениями ИЦ и по заданным алгоритмам вычисляет составляющие комплексного сопротивления взаимной индукции. Изложены теория метода, методика расчета параметров элементов ИЦ, оценка чувствительности преобразования, анализ погрешностей измерения.
Бесплатно
ИЗОТЕРМИЧЕСКАЯ ПЕТЛЕВАЯ АМПЛИФИКАЦИЯ LAMP В ФОРМАТЕ МИКРОУСТРОЙСТВ (ОБЗОР)
Статья
Изотермическая петлевая амплификация (LAMP) широко применяется в качестве быстрого и чувствительного метода диагностики и наиболее перспективна для проведения анализа в условиях ограниченных времени и ресурсов, например в местах оказания медицинской помощи. В работе рассмотрены основные принципы работы LAMP, способы детектирования продуктов реакции, а также микрофлюидные устройства и аналитические системы на основе LAMP, в том числе разработанные для экспресс-диагностики в условиях пандемии COVID-19.
Бесплатно
ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ КОНТАМИНАЦИИ НА МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТАХ
Статья научная
В работе рассматривается отрицательное воздействие собственной атмосферы космического аппарата (КА) на его внешние приборы и проявление менее изученного явления — контаминации, оказывающего вредное воздействие на внутренние узлы и приборы КА. Образованные слои контаминантов толщиной всего в несколько нанометров способны значительно ухудшить пропускные характеристики оптических приборов. Для изучения явления контаминации очень важным представляется определение толщины пленок сублимированных веществ с течением времени. Авторами предлагается прибор для изучения явления внутренней контаминации. Работа предложенного устройства основана на измерении резонансных частот колебаний кристаллического резонатора, выступающего в роли датчика, реагирующего на изменение массы нарастающей пленки контаминантов. Предложенное устройство является перспективным для КА, поскольку используемые в его основе кварцевые резонаторы устойчивы к вибрации, а сам модуль имеет малые габариты и вес, что позволяет размещать его на космических аппаратах стандарта CubeSat.
Бесплатно
Статья научная
Методами ИК-спектроскопии поглощения, краевых углов смачивания водой (глицерином) и конфокальной лазерной сканирующей микроскопии изучены поверхностные свойства и структура покрытий полистирола и полистиролсульфокислоты на кварцевых стеклах КУ-1 и ВК-100, модифицированных олигомерным диизоцианатом СХ-100. Получена корреляция между поверхностной энергией образцов кварца и покрытий полистирола и полистиролсульфокислоты на модифицированном кварце и интегральной интенсивностью полос поглощения силанольных групп кварца. Установлены закономерности изменения состава функциональных групп и поверхностной энергии полимерных покрытий на кварце в зависимости от концентрации полистирола и полистиролсульфокислоты, на основе которых получены капиллярные колонки для высокоэффективной электрохроматографии белков.
Бесплатно
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СЕНСОРНАЯ СИСТЕМА РАНЖИРОВАНИЯ ИОННОГО СОСТАВА ГРУДНОГО МОЛОКА
Статья научная
Разработана и исследована интеллектуальная сенсорная система, позволяющая проводить квалитативное медицинское ранжирование грудного молока и молочной продукции. Использованы электрохимические сенсоры, обладающие чувствительностью к основным значимым компонентам исследуемой биологической среды. Установлено, что "цифровые образы" грудного молока женщин, перенесших заболевания, значительно отличаются от таковых для группы здоровых женщин. Применен метод главных компонент для ранжирования грудного и коровьего молока, выявлены группы биологических сред, схожие по своим свойствам. Анализируя результаты исследований, можно говорить об эффективности применения разрабатываемой методики для медико-биологических исследований.
Бесплатно
Статья научная
Проведено исследование отклика термокаталитических сенсоров водорода с катализаторами платиновой группы (Pt+3Pd и Ir) от нагревающего напряжения (S-образные характеристики) при температуре окружающей среды от 17 ºС до –48 ºС. Показано, что у сенсоров с (Pt+3Pd)-катализатором уменьшение температуры окружающей среды приводит к сдвигу начала реакции каталитического горения водорода от 0 мВ до 442 мВ. Определена пороговая температура, при которой начинается каталитическое горение водорода и которая лежит в диапазоне 17—22 ºС. Показано, что для катализаторов на основе иридия отклик сенсоров водорода не зависит от температуры окружающей среды, а горение начинается при 1.5 В, т.е. при температуре от 222 ºС до 190 ºС при изменении температуры окружающей среды от 17 ºС до –48 ºС, соответственно.
Бесплатно
Статья научная
Проведено исследование отклика термокаталитических сенсоров водорода с катализаторами платиновой группы (Pt+3Pd, Pt, Pd, Ir и Rh) в диапазоне комнатных температур. Показано, что реакция беспламенного каталитического горения водорода на Pt и Pt+3Pd катализаторах протекает при температуре 20 ºС, что проявляется в самопроизвольном нагреве чувствительного элемента термокаталитического сенсора и увеличении сопротивления микронагревателя. Впервые проведено измерение температуры микронагревателя. Показано, что температура увеличивается на 99 ºС и 84 ºС в поверочной газовой смеси, содержащей 0.96% об. водорода, для Pt и Pt+3Pd катализаторов соответственно. Предложен способ измерения концентрации водорода термокаталитическим сенсором без подачи нагревающего напряжения.
Бесплатно
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПИК-ФАКТОРА ВХОДНЫХ СИГНАЛОВ НА НЕКОТОРЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АЦП
Статья научная
В данной статье проведена оценка влияния пик-фактора входных сигналов на отношение сигнал/шум аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Указано, что АЦП играют важную роль в современных системах радиосвязи, построенных на основе программно-конфигурируемых радиосистем. Отмечено, что одной из ключевых характеристик АЦП является шум квантования, который напрямую влияет на такое его важное свойство, как отношение сигнал/шум. Описано выражение для вычисления отношения сигнал/шум АЦП, зависящее от пик-фактора входного сигнала. Проведена оценка отношения сигнал/шум АЦП для систем радиосвязи с различными типами сигналов (простые сигналы; сигналы, сформированные с помощью бинарных псевдослучайных последовательностей; сигналы, сформированные с помощью генераторов хаотических сигналов). Полученные результаты с учетом введенных допущений и ограничений показывают, что пик-фактор входных сигналов напрямую влияет на отношение сигнал/шум АЦП, и его влияние целесообразно учитывать при эксплуатации, разработке и совершенствовании современных систем радиосвязи, в том числе использующих перспективные сложные сигналы.
Бесплатно
Статья научная
Целью исследования было создание программно-аппаратного метода контроля качества ферментированной молочной продукции с возможностью определения степени соответствия заданному эталону. Произведен масс-спектрометрический анализ состава газовой среды трех групп образцов фермерской и промышленной ферментированной молочной продукции в режиме реального времени. В 1-ю группу входили йогурты от индивидуальных фермерских хозяйств из коровьего и козьего молока. Группа 2 состояла из образцов иной ферментированной продукции от индивидуальных фермерских хозяйств (кефиры, йогурты, сметана). Группа 3 — образцы промышленных йогуртов из коровьего молока. Всего было проанализировано 19 образцов ферментированной молочной продукции. Анализ состава проб производился на малогабаритном квадрупольном масс-спектрометре МС7-200 с прямым вводом пробы при атмосферном давлении. Пробы отбирались в специальным образом подготовленные медицинские шприцы емкостью 20 мл. Применение методов статистического анализа позволяет выделить группы схожих по своим свойствам образцов и определять принадлежность продукции к промышленному или штучному методу изготовления. Была показана перспективность использования масс-спектрометрических методик с применением методов анализа многомерных данных в качестве универсальных технологий для анализа пищевых продуктов.
Бесплатно
Статья
В настоящей работе рассматривается возможность электрораспыления на поверхность жидкости с целью накопления продуктов реакций, протекающих в микро- и нанокаплях факела электрораспыления. Для целей исследования была изготовлена экспериментальная установка. Стабильный режим электрораспыления водно-спиртовой смеси (4:1) на жидкий электрод, состоящий из аналогичной смеси, без использования потока спутного газа был получен при напряжении распыления U не менее 4 кВ и расстоянии между распылительной иглой и поверхностью жидкости R не более 15 мм. Ток распыления возрастал при уменьшении расстояния между распылительной иглой и поверхностью жидкого электрода и увеличении напряжения распыления. При использовании потока спутного газа был получен стабильный режим электрораспыления реакционной смеси, состоящей из 4 мл смеси ацетонитрила и 0.2 %-го раствора муравьиной кислоты в воде (1:1), 0.5 мл анилина и 0.5 мл ацетона, на поверхность жидкого электрода. Жидкий электрод — смесь 6 мл ацетонитрила и 6 мл 0.2 %-го раствора муравьиной кислоты в воде либо смесь 6 мл ацетонитрила и 6 мл воды при следующих значениях параметров работы экспериментальной установки: скорость подачи распыляемого раствора Qр = 100 мкл/мин, напряжение распыления U = 3.2 кВ, расстояние между поверхностью жидкого электрода и распылительной иглой R = 35 мм. Максимальная скорость потока спутного газа (до начала разбрызгивания жидкого электрода) составляла 2 л/мин. При использовании указанных значений параметров работы экспериментальной установки в жидком электроде накапливались соединения, представляющие собой продукты реакции компонентов распыляемой реакционной смеси между собой, и непрореагировавшие вещества, часть из которых была обнаружена спектрофотометрически.
Бесплатно
Статья научная
В работе освещен современный спектральный прибор для измерений оптических параметров жидкофазных твердотельных материалов. Показано, что разработка данных приборов перспективна для оптического приборостроения и науки в целом, т.к. эти приборы информативные, высокоточные и извлекают достоверную информацию. В работе приведены внешний вид, структурная схема и осветительная система спектрометра. Получены спектральные зависимости коэффициента пропускания от длины волны в видимом диапазоне спектра дезинфицирующих средств Лайк, Гранд, Аквалайт (1% растворы). Для анализа исследуемых веществ применялись специализированные кюветы с рабочей длиной от 0.1 до 0.5 мм и оптическими площадками из лейкосапфира. Кюветы имели толщину 0.05 мм. Спектрометр обеспечивал измерение коэффициента пропускания дезинфектантов в диапазоне длин волн 380–760 нм с погрешностью не хуже ΔТ ≤ 2%.
Бесплатно
Статья научная
Построение гидроакустических систем подводного наблюдения связано с соблюдением некоторых необходимых требований их характеристик. Одной из них является высокая разрешающая способность по дистанции. Разрешающая способность по дистанции определяется шириной полосы излучаемых и принимаемых сигналов, а следовательно, и широкополосностью преобразователей, используемых в антенной системе. Широкополосность преобразователей достигается различными способами: использованием традиционных методов расширения полосы частот активной или пассивной нагрузкой, применением специальных материалов для преобразователей, применением параметрических режимов излучения акустических сигналов. Одним из вариантов построения таких преобразователей может быть использование разночастотных составляющих пьезоэлементов в одном преобразователе, механически связанных по полю. При этом необходимо учитывать добротность каждой из нагруженных колебательных систем, причем должны учитываться не только активная нагрузка на излучение, но и демпфирование частей преобразователя конструктивными элементами.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлены результаты исследования газовой проницаемости тонких силиконовых мембран в составе системы прямого ввода пробы в квадрупольный масс-спектрометр МС7-200. Исследованы материалы 4 марок: Sylgard-184, PlatSet-30, Lasil-T4 и Lasil-C. Толщина изготовленных мембран варьировалась от 45 до 75 мкм. Определена наиболее проницаемая мембрана – PlatSet-30 (50мкм). Также проведено сравнение масс-спектров, полученных при использовании мембранной системы ввода пробы и системы прямого капиллярного ввода пробы. В качестве исследуемого газа использовались: атмосферный воздух, сернистый газ в азоте и пентан в воздухе. Показаны преимущества мембранного ввода пробы по сравнению с капиллярным, а именно, увеличение чувствительности по отдельным компонентам при малых концентрациях образца. Основной недостаток силиконовых мембран — это достаточно высокая вероятность их повреждения при установке в систему мембранного ввода.
Бесплатно
Статья научная
В работе реализовано схемное решение на экспериментальной интерферометрической установке, действие которой основано на формировании опорного волнового фронта с применением точечной диафрагмы. Оптические приборы и комплексы, построенные по такой схеме, дают возможность проводить измерения на поверхностях оптических деталей и элементов, предназначенных для высокоточной оптики (интерферометров различного назначения, интерференционных микроскопов и т.д.), поэтому работа перспективна и актуальна. В работе приведена оптическая схема интерферометра, а также даны технико-эксплуатационные характеристики экспериментальной установки. Определены объекты и метод исследования. Получены интерферограммы с поверхностей плосковыпуклых линз: из бесцветного оптического стекла марки К8, кварцевого стекла марки КИ (плавленый кварц SiO2) и селенида цинка (ZnSe). Проанализированы изображения интерференционных полей и выявлены основные параметры волновых фронтов. Оптические поверхности контролировались экспериментальной установкой с точностью не хуже 0.01 λ. Исследовалась отражательная способность оптических поверхностей предоставленных образцов и получены зависимости коэффициента отражения по координатам x и y.
Бесплатно
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ ОПТОЭЛЕКТРОННЫМ РЕФРАКТОМЕТРОМ
Статья научная
Настоящая работа посвящена исследованию противообледенительных жидкостей разработанным оптоэлектронным рефрактометром. Определение подлинности состава и расхода этих жидкостей для технической службы аэропорта, занимающейся обработкой корпуса воздушного судна, всегда было актуальным. В работе представлены объекты исследования: водные растворы этиленгликоля и пропиленгликоля, которые составляют 95% состава жидкостей типов ТИП I, ТИП II, ТИП IV. Приведена структурная схема и внешний вид оптоэлектронного рефрактометра. Получены результаты измерений температурных зависимостей показателя преломления n(t) для растворов этиленгликоля и пропиленгликоля в диапазоне температур от 12 до 100 °С и для концентраций от 0 до 100 %. Исследованы спектры ультрафиолетового оптического пропускания в этиленгликоле и пропиленгликоле классов ОСЧ в диапазоне длин волн λ 210–320 нм с погрешностью не хуже ΔТ = 0.5%. Даны технические характеристики оптоэлектронного рефрактометра.
Бесплатно
