Статьи журнала - Научное приборостроение
Все статьи: 1340
Статья научная
Проведен краткий анализ итогов реализации национальных проектов "Наука" и "Наука и университеты" за 2019–2023 гг. по задачам обновления приборной базы. Отмечены проблемы, возникающие в ходе реализации этой задачи в условиях принятия санкций. Предложены возможные решения этих проблем. На основании данных государственной статистики проведен анализ тенденций развития материально-технической базы научных организаций за период 2019–2022 гг. Определено, что развитие отечественного приборостроения является одним из главных условий обновления приборного парка научных организаций.
Бесплатно
Статья научная
В работе обосновывается возможность использования гидродинамической модели вязкой, несжимаемой, теплопроводящей жидкости для расчета параметров электроосмотического течения в пористой среде, наполненной жидкостью, в условиях приложения к этой среде постоянного и переменного электрических полей. Приводятся условия перехода к этой модели от модели вязкой, сжимаемой жидкости. Указываются границы параметров задачи, в частности границы скоростей течения и частотные ограничения для оправданности такого перехода. Полученные результаты могут быть использованы при моделировании указанных процессов на вычислительных пакетах.
Бесплатно
ОПЕРАТИВНОЕ ИЗГОТОВЛЕНИЕ МИКРОЧИПОВ ДЛЯ ПЦР-АНАЛИЗА ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ
Статья научная
Методами термоформования и герметизации специальными пленками для ПЦР изготовлены микрочипы из поликарбоната и полипропилена. Работоспособность микрочипов продемонстрирована путем проведения ПЦР-РВ на тест-объекте. Полученные микрочипы из поликарбоната и полипропилена выдерживают хранение при отрицательных температурах (–40 °C).
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время за счет появления инструментальных объективных методов определения стекловидности зерна возникает возможность обеспечить единство измерений данного показателя в разных лабораториях. В статье предлагается модель описания зерна как неоднородной оптической среды и интерпретация показателя стекловидности как характеристики рассеяния света. Приводится способ вычисления параметров математической модели и оценки коэффициента рассеяния с использованием RGB-камеры. Показано, что реализация оценки стекловидности зерна на основе коэффициента рассеяния позволяет получать удовлетворительный результат согласования при измерениях в разных лабораториях.
Бесплатно
Статья научная
Во многих областях прикладной физики, таких как подводная акустика, радиолокация, климатология, кораблестроение, при работе с морскими волнами возникает необходимость знать не только частотный спектр, но и длины и направления распространения волн. Зависимость спектральной плотности мощности возвышения взволнованной поверхности от частоты и волнового вектора можно оценить описанным в работе методом. Метод отличается простотой оборудования, достаточно снять волны одной видеокамерой и обработать запись на ПК (дана ссылка на авторскую программу с открытым исходным кодом). Возможности дополнительно расширяются при объединении в научную установку видеокамеры и калибровочного прибора – волнографа или вехи для измерения колебаний поверхности воды в точке. В работе даются рекомендации по условиям применения метода видеосъемки и приводятся примеры обработки.
Бесплатно
ОПЫТ РАЗРАБОТКИ ПРИБОРНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ЭНЕРГОЭКОЛОГИИ СВЕТОКУЛЬТУРЫ
Статья научная
Реальным путем пополнения исследовательской базы может стать изготовление специфических средств измерений и анализа в конструкторских и производственных подразделениях научных организаций. Выполнен обзор разработанных в лаборатории энергоэкологии светокультуры измерительных приборов и лабораторного оборудования. Работа выполнена на основе библиографического анализа публикаций по проблемам отечественного научного приборостроения. Отмечены причины отставания отрасли. Выдвинута гипотеза, что в этих условиях создание собственных лабораторных инструментов является реальной альтернативой централизованному снабжению. Раскрыта суть технологии "свободного и открытого оборудования" (free and open-source hardware, FOSH), разрабатываемого непосредственно исследователями. Выделены преимущества и недостатки технологии FOSH. Рассмотрен ряд разработок лаборатории в области приборного обеспечения научных иследований: устройство для экологического мониторинга стрессовых состояний растений; листовой гониофотометр; устройство для морфоцветометрии листьев растений; натурная модель растения в светокультуре; устройство для измерения параметров филлотаксиса; измеритель цвета; устройство для определения флуктуирующей асимметрии оптических характеристик листьев растений; листовой фотоколориметр; устройство для определения энергоемкости фотосинтеза; анализатор качества спектра потока оптического излучения в светокультуре. Отмечено, что рассмотренные приборы являются основой научной деятельности лаборатории и позволили с 2011 г. опубликовать 140 статей в научных журналах, более 70 научных работ в сборниках, получить 33 патента на изобретения. Результаты практических разработок удостоены 10 золотых медалей на выставках ВДНХ и АгроРусь. Сделаны выводы: уровень разработок в области приборостроения лаборатории энергоэкологии светокультуры достаточно высок. Коллектив лаборатории имеет серьезный задел в области научного приборостроения.
Бесплатно
Статья научная
Статья содержит наукометрический анализ публикаций, индексированных в международной базе цитирования Scopus. Рассматривались группы публикаций, связанные по ключевым словам с COVID / COVID-19, вызывающим его вирусом SARS, а также публикации, посвященные пандемиям, вызванным вирусами Эбола (Ebola) и "птичий грипп" (различные варианты, объединенные поисковым запросом "Bird* flu"). Предполагалось выявить группы связей между развитием заболеваний и динамикой публикационной активности по соответствующей тематике, выполнить анализ выборок публикаций, формируемых путем последовательных (двух- и трехэтапных) поисковых запросов. Помимо динамики числа публикаций анализировались распределения по а) областям знаний (отраслям науки), б) по ассоциирующимся с указанной областью набором ключевых слов, в) по государственной принадлежности авторов и, применительно к авторам из России, значимости вклада организаций в выборку публикаций. Из-за текущих количественны изменений числа публикаций за период подбора материала (середина марта – конец июня 2021 г.) некоторые количественные оценки могут незначительно измениться. При этом качественные выводы сохраняются. В большинстве своем полученные выводы представляются ожидаемыми.
Бесплатно
ОСОБЕННОСТИ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ПРОФИЛОГРАФА В ПОДВОДНОЙ АРХЕОЛОГИИ
Статья научная
В статье обсуждаются вопросы применения гидроакустической аппаратуры для решения задач подводной археологии. В частности, рассмотрены задачи дистанционного обнаружения и идентификации объектов культурного наследия, скрытых осадочными породами. Обозначенные задачи решаются посредством параметрического профилографа. Изложены основные принципы работы акустического профилографа. Приведены различия линейного и параметрического профилографов. Объяснены принципы и особенности работы параметрического профилографа. Обсуждаются результаты гидроакустического профилирования места раскопок затопленной хазарской крепости Саркел. Изложены методики и условия проведения исследования. Приведены параметры используемой аппаратуры. Представлены полученные профилограммы. Проведены анализ и интерпретация результатов профилирования. Выполнено сопоставление характерных особенностей рельефа дна и объектов культурного наследия, обнаруженных в процессе гидроакустического обследования, и данных археологических раскопок. В результате был найден район, полностью соответствующий описанию места раскопок. Соответствие подтверждалось как наличием характерных особенностей рельефа, так и следами раскопок. Также были обнаружены и идентифицированы рвы, окружавшие крепость, и остатки кирпичных строений. Рвы были полностью засыпаны смесью песка и ила, поэтому их обнаружение стало возможно только при помощи параметрического профилографа.
Бесплатно
ОСОБЕННОСТИ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОЙ ДЕТЕКЦИИ БЕТА-АМИЛОИДНЫХ ПЕПТИДОВ (ПЕПТИДОВ АЛЬЦГЕЙМЕРА)
Статья научная
Масс-спектрометрия в сочетании с использованием изотопно-меченных стандартов является одним из популярных методов количественного измерения концентрации бета-амилоидов в биологических средах. Данная статья посвящена предупреждению типичных систематических ошибок таких измерений, возникающих вследствие пренебрежения возможностью превращения бета-амилоидов в денатурированную форму, которая дает в масс-спектрах сигналы в 3 раза более интенсивные, чем нативная форма. Степень этой денатурации определялась по способности нативной формы образовывать комплекс с α-2-макроглобулином, чего денатурированная форма лишена. Показано, что денатурация может происходить при нагревании в кислой среде или при использовании диметилсульфоксида в качестве растворителя. Ошибка измерения возникает, когда изотопно-меченный стандарт и аналит относятся к разным формам. Предложены рекомендации для преодоления систематических ошибок количественного анализа этих соединений посредством принудительной денатурации смеси аналита со стандартом перед анализом.
Бесплатно
Статья научная
На основе признанных вероятностных моделей распределения времен первого отказа технических устройств дана оценка вероятности получения ошибочного результата генетического анализа при реализации полимеразной цепной реакции в реальном времени. Использованы модели плотности распределения вероятности времен первого отказа из множества распределений Вейбулла с различными параметрами. Большая часть временных оценок построена, исходя из распределения Вейбулла с параметром 1, что совпадает с наиболее признанным экспоненциальным законом распределения времен отказа. Исследованы случаи малых времен непрерывной работы прибора (от 100 до 1200 ч). Используя понятие "слабого звена" как наиболее вероятно отказывающего блока, а также элемента в соответствующем блоке, подтверждено, что в рассматриваемых условиях более, чем в 65% случаев, отказ прибора вызван отказом именно соответствующего элемента. При этом часто применяемая гипотеза отказа единственного элемента, например, при построении таблицы функций неисправностей, недостаточно обоснована даже при малых временах непрерывной работы прибора. Полученные оценки могут быть ориентиром при прогнозировании времен безотказной работы в условиях, когда замена элементов (блоков) практически невыполнима. В случае использования вероятностной модели – распределения Вейбулла с параметрами 1.5 и 2, что предполагает возрастание вероятностей отказа на больших временах, оценочные значения вероятности отказа для времен непрерывной работы до 700 ч уменьшаются примерно вдвое по сравнению с экспоненциальным законом.
Бесплатно
Статья научная
На примере работы прибора для проведения генетического анализа серии "НАНОФОР 05" рассмотрены источники возможной ошибки, связанные с работой человека-оператора. На основе известных моделей и эмпирических параметров проведена классификация и схематизация ошибок, характерных для различных этапов работы. Предложенные схемы и алгоритмы расчета могут быть обобщены на случай работы с приборами других типов, предполагающих диалоговый режим взаимодействия оператор – прибор. Также описан один из известных тестов на развитие внимательности, относящийся к корректурным пробам, работа с которым может уменьшить число ошибок, вызванных влиянием человеческого фактора. В целом фактор субъективных человеческих ошибок менее значим по сравнению с отказами элементов приборов или/и некорректностью формирования информативного сигнала — кинетической кривой полимеразной цепной реакции в реальном времени, например, по причине ингибирования реакции, образования пузырей в реакционной камере и т.п.
Бесплатно
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ОБЪЕМНОГО ЗАРЯДА НА РАЗРЕШЕНИЕ ИОН-ДРЕЙФОВОГО СПЕКТРОМЕТРА
Статья научная
В работе представлена аналитическая модель, которая описывает динамику ионного облака с учетом действия объемного заряда при движении в ион-дрейфовом спектрометре, начиная с области ионообразования на стадии формирования ионного импульса затвором, и дальнейшем дрейфе сформированного ионного импульса в сторону коллектора. Представленная модель позволяет оценить степень влияния объемного заряда на возможные потери ионов и разрешение ион-дрейфового спектрометра. Влияние объемного заряда становится заметным начиная с плотности ионов 106 см–3. Сравнение результатов, полученных с помощью аналитической модели, с результатами численного решения исходных уравнений показывает, что они практически совпадают.
Бесплатно
Статья научная
Из литературы известно, что многие из существующих алгоритмов генерации случайных чисел или псевдослучайных последовательностей не способны в полной мере обеспечить требуемый уровень безопасности, что послужило ключевой причиной развития генераторов случайных чисел или псевдослучайных последовательностей на новых принципах. Проведены исследования временнх реализаций последовательности случайных чисел, полученных на основе квантовых процессов. Показано, что методы нелинейной динамики используются достаточно редко для исследования их свойств. Выполнено моделирование последовательности случайных чисел, полученных на основе квантовых процессов, и проведен количественно-качественный анализ их свойств с помощью методов нелинейной динамики. Установлено, что временне реализации последовательности случайных чисел, полученные на основе квантовых процессов, обладают повышенной скрытностью от постороннего наблюдателя и являются достаточно близкими к белому шуму. Указано, что такие последовательности случайных чисел, при соответствующей адаптации, могут найти применение для использования в современных системах передачи данных, т.к. обладают приемлемым значением пикфактора.
Бесплатно
ОЦЕНКА СВОЙСТВ ХАОТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА НАДЕЖНОСТЬ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
Статья научная
Осуществлен выбор хаотических сигналов (ХС), синтезированных с помощью различных генераторов хаотических сигналов (ГХС) для обеспечения надежной передачи данных в системах, с помощью показателей надежности. Указано, что в литературе проводится неполный или частичный анализ свойств ХС, синтезированных с помощью различных ГХС, по показателям надежности. Методами имитационного моделирования для каждого из выбранных ГХС был сгенерирован ряд последовательностей для дальнейшей оценки их свойств с помощью значений максимального бокового пика автокорреляционной функции (АКФ) и пик-фактора сигнала, как одних из самых важных показателей надежности. Приведено их математическое описание и требования, которые они выдвигают к используемым сигналам. Дана содержательная формулировка задачи выбора ХС, синтезированных с помощью ГХС для обеспечения надежной передачи данных в системах, с помощью указанных показателей. Приведено ее математическое описание. Проведены расчеты значений максимальных боковых пиков АКФ и пик-фактора разнообразных ХС, сгенерированных с помощью методов имитационного моделирования. Сравнительный анализ полученных результатов позволил разделить исследуемые ХС, синтезированные с помощью ГХС, на три группы: удовлетворяют выдвигаемым требованиям, частично удовлетворяют выдвигаемым требованиям и не удовлетворяют выдвигаемым требованиям. На основе полученных данных осуществлен выбор ХС, синтезированных с помощью различных ГХС, для обеспечения надежной передачи данных в системах. Приведено краткое описание полученных результатов. Показано, что, помимо ХС, полностью удовлетворяющих выдвигаемым требованиям, а также не удовлетворяющих им, существует большая группа различных ГХС, которые частично удовлетворяют выдвигаемым требованиям. Указано, что при использовании таких ГХС в системах необходимо обращать внимание на их свойства и выбирать такие начальные условия и значения управляющих параметров ГХС, при которых формируемые ХС будут обладать требуемыми характеристиками.
Бесплатно
Статья
В данной работе были рассмотрены методы классификации в машинном обучении, проведена оценка применимости классификаторов в задаче распознавания типа газа и его концентрации в смеси. В ходе исследования были сформированы теоретические значения водорода, углеводородов и их смесей в соотношении 20, 50 и 80%, и оценка классификаторов проводилась на экспериментальных данных, полученных с термокаталитического сенсора. Представленные классификаторы позволили определить тип газа с точностью до 87.5%.
Бесплатно
Об активной и реактивной мощностях в электроосмотическом преобразователе нового типа
Статья научная
В работе рассматривается баланс энергии в электроакустическом преобразователе нового типа, приводятся выражения мощности для мгновенных и средних за период колебаний значений токов проводимости и смещения. Показывается, что единственным источником энергии в рассматриваемом электроакустическом преобразовании является ток проводимости с отличной от нуля средней мощностью. Делается достаточно тривиальный вывод об обязательном наличии ионов в рабочей жидкости электроакустического преобразователя. Показывается, что усредненная мощность тока смещения в указанном преобразователе близка или равна нулю. Это происходит либо вследствие выполнения условий применимости уравнений электрогидродинамики, либо из-за разности фаз колебаний плотности тока смещения и вектора электрической напряженности, либо по обеим причинам одновременно. Полученные результаты могут быть востребованы при проектировании излучателей нового типа
Бесплатно
Статья научная
В работе предложен алгоритм, улучшающий пространственное разрешение сканирующих зондовых микроскопов (СЗМ), оснащенных серийными оптическими датчиками линейных перемещений. Результаты работы алгоритма демонстрируются на СЗМ-изображениях тестовых объектов.
Бесплатно
Статья научная
В работе вычислялся телесный угол, стартовав в пределах которого электроны попадают на детектор цилиндрического зеркала. Радиус наибольшего отклонения электронов от внутреннего цилиндра получен в виде ряда, который обеспечивает хорошую точность для углов до 20°. Решение уравнения движения электронов в цилиндрическом зеркале, полученное в виде ряда Тэйлора, показало хорошее совпадение с результатами прямого интегрирования модифицированного уравнения движения.
Бесплатно
Об аппаратной функции электростатических электронных спектрометров
Статья научная
В статье критически изучается понятие аппаратной функции электронных спектрометров, его генезис; строится безразмерная математическая модель, с помощью которой выводится строго определенная и однозначная интегральная связь между энергетическим спектром источника f(E) и регистрируемым на детекторе током J(U) в зависимости от энергии настройки прибора U. Показано, что аппаратная функция всегда зависит только от отношения (E / U), а не от разницы (E - U) и не от обратной величины (U / E), как это декларируется в ряде публикаций. Кроме того, показано, что возникающее уравнение по своей математической природе относится к типу Вольтерра I рода, а не Фредгольма I рода. В статье приводится ряд конкретных конструкций аппаратной функции и описываются их общие качественные свойства.
Бесплатно
Статья научная
Анализируется новая концепция эффективного потенциала, предложенная М.Ю. Судаковым и М.В. Апацкой. Указанная концепция разработана на основе огибающих стробоскопических выборок координат и скоростей ионов в радиочастотном квадрупольном поле и представляется весьма интересной. Однако предлагаемые формулы не вполне корректны и требуют некоторого уточнения.
Бесплатно
