Статьи журнала - Научное приборостроение
Все статьи: 1351
Статья научная
В статье рассматриваются методы синтеза и анализа системы цифровой автоматической регуляции сканирующего зондового микроскопа. Представлена физико-математическая модель СЗМ в атомно-силовом и туннельных режимах, реализованная в программной среде моделирования MATLab Simulink. Предложена методика расчета оптимальных характеристик системы автоматической регуляции. Представлены результаты синтеза ПИД-регулятора предложенной методикой.
Бесплатно
Статья научная
В статье предлагается метод анализа результатов измерений, заключающийся в использовании отсчетов выборки в качестве центров распределения функций распределения вероятности с переменным масштабом. Рассматриваются теоретические аспекты и примеры использования метода для анализа результатов измерений физических величин различной природы.
Бесплатно
Статья научная
Продемонстрирована принципиальная возможность реализации полимеразной цепной реакции в реальном времени (ПЦР-РВ) на микрофлюидном устройстве. Актуальной задачей является экспрессная оценка качества проводимой ПЦР. В работе показана возможность решения этой задачи при электрофоретическом анализе продуктов ПЦР на микрофлюидном чипе. В качестве объекта исследования выбран онкомаркер цитокератин-19 (СК-19). Предложены способы обработки электрофоретического информативного сигнала и сделаны выводы, касающиеся качества ПЦР и особенностей проведения электрофореза на микрофлюидном чипе. Обсуждаются перспективные задачи, решение которых может основываться на результатах проведенных исследований.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена выполнению Проекта, который реализует новый принцип неинвазивной диагностики и медико-биологических исследований с применением искусственной мультисенсорной обучаемой аналитической системы "Электронный язык". Его сущность - в применении массива полиселективных сенсоров с перекрестной чувствительностью для оценки содержания физиологически значимых компонентов в конденсате выдыхаемого воздуха, их анализа c применением искусственных нейроподобных систем и математических методов обработки больших массивов многомерной информации. Разработана структура и создан макет аналитической системы, включающей модуль пробоподготовки для сбора конденсата выдыхаемого воздуха и три функциональных модуля: сенсорный, микропроцессорный измерительный и информационный, обеспечивающий формирование образов исследуемого объекта, их запоминание и распознавание. Разработаны составы рабочих растворов для калибровки, кондиционирования, хранения сенсоров и оценки их перекрестной чувствительности, а также методики сбора конденсата, подготовки сенсоров к измерениям, оценки их характеристик в контрольных растворах. Проведены технические и физиологические исследования, которые свидетельствуют об эффективности использованного принципа неинвазивной диагностики функционального состояния испытуемых в покое и при умеренных физических нагрузках, контролируемых по показателям сенсоров, чувствительных к различным компонентам конденсата выдыхаемого воздуха. Показана эффективность применения проекционного метода главных компонент для формирования образа реакции (изменения функционального состояния) человека на физические нагрузки. Традиционный способ построения корреляционной матрицы, использующий в качестве обучающей выборки массивы информативных сигналов обследуемых пациентов. Предложен альтернативный способ формирования корреляционной матрицы, основанный на аналогии форм выражений для коэффициента корреляции и косинуса угла между векторами. При этом координатами векторов являются коэффициенты чувствительности (тангенс угла наклона калибровочной характеристики) каждого полиселективного сенсора по отношению к различным тестовым веществам. Независимость выбора тестовых веществ обеспечивает ортогональность координат вектора. Тем самым коэффициенты корреляции численно равны косинусу угла между соответствующими векторами, а способ построения корреляционной матрицы позволяет отказаться от предварительного "обучения" диагностической системы с помощью испытуемых пациентов.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе представлен метод определения коэффициента теплопроводности зеркальных материалов космических аппаратов, функционирующих на орбитальном участке полета. Данная задача решается как задача поиска глобального экстремума параметризированного коэффициента теплопроводности в ходе минимизации среднеквадратичного функционала невязки между теоретическим и экспериментальным полями температур в местах установки датчиков температур. Обратные задачи считаются некорректными из-за "зашумленных" входных данных, для преодоления этого необходимо применить регуляризацию. В данной работе используется метод итерационной регуляризации, где в качестве регуляризируемого параметра выступает номер итерации. В качестве алгоритма оптимизации выбран метод сопряженных градиентов как наиболее точный метод сходимости первого порядка.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено применение параметрической излучающей антенны (ПИА) в новом качестве – как источника низкочастотного ультразвукового (УЗ) сигнала с перестраиваемыми характеристиками в волноизмерительной аппаратуре, используемой для гидроакустического мониторинга водной поверхности прибрежной акватории, например при дистанционной оценке степени волнения при проведении измерений гидроусловий. Обсуждаются результаты модельных экспериментов по изучению закономерностей рассеяния УЗ-поля при подводном облучении как гладких, так и возмущенных ветровым воздействием границ раздела вода—воздух. Анализ данных позволил уточнить модель ПИА в рамках задачи эхопоиска объектов на мелководье вблизи акустически мягкой границы вода—воздух, в которой используется метод мнимого источника. Предложен информативный признак и обсуждаются основы способа измерения параметров взволнованной морской поверхности с использованием эффектов нелинейной акустики, например, для режима широкополосного облучения УЗ-сигналами со стороны дна.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрена возможность изменения эксплуатационных характеристик параметрической излучающей антенны (ПИА) с многокомпонентным сигналом накачки, в частности для повышения энергетического потенциала на формирующихся низкочастотных сигналах кратных частот при неизменной ширине основного лепестка характеристики направленности. Это достигается за счет использования в качестве сигнала накачки фазированных спектральных составляющих, находящихся в полосе пропускания излучающего электроакустического преобразователя, разность частот которых и определяет состав полигармонического низкочастотного сигнала, генерирующегося в водной среде. Данный способ формирования ПИА позволяет увеличить эффективность генерации зондирующих сигналов именно в длинноволновом диапазоне, что актуально при осуществлении измерений параметров движения слоистой морской среды. Особенности формирования широкополосного излучения волн разностной частоты позволяет использовать "бестелесную" ПИА в новом качестве — как инструмент для косвенной оценки степени неровности поверхности моря при проведении измерений гидроусловий на прибрежной акватории.
Бесплатно
ПАССИВНАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРА МАЙКЕЛЬСОНА
Статья научная
В ряде применений интерферометра Майкельсона, в частности при его использовании в лазерном резонаторе, необходима высокая точность стабилизации фаз пучков, распространяющихся в его оптических плечах. В настоящей работе экспериментально исследована долговременная стабильность нескольких конструктивных решений и выбран оптимальный вариант интерферометра для применения в качестве составного резонаторного зеркала с управляемым коэффициентом отражения для генерации ультракоротких лазерных импульсов.
Бесплатно
ПЕРВЫЙ ГОД ПАНДЕМИИ COVID-19 С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ АНАЛИТИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
Статья научная
В этом коротком сообщении докладывается о том, какие именно аналитические приборы использовались авторами лондонского журнала Nature для исследования COVID-19.
Бесплатно
Статья научная
Проведен анализ ультразвуковых (УЗ) способов для измерения параметров морского волнения и технических характеристик реализующих их устройств. Основное внимание уделено перспективе использования "бестелесной" параметрической излучающей антенны (ПИА) в новом качестве — как инструмента для косвенной оценки степени неровности поверхности моря при проведении измерений гидроусловий на прибрежной акватории. Выбраны схема и методика измерений, аппаратура измерительной установки, что позволило провести калибровку используемой ПИА в диапазоне генерируемых волн разностной частоты, а также осуществить модельные эксперименты по изучению закономерностей рассеяния УЗ-поля при облучении нескольких акустически мягких пластин-отражателей, имеющих различные параметры синусоидального профиля неровностей. На основе анализа полученных результатов предложен способ измерения параметров взволнованной морской поверхности, например, для режима широкополосного бистатического облучения (излучатель и приемник разнесены в пространстве) УЗ-сигналами со стороны дна.
Бесплатно
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Статья научная
Рассмотрены основные этапы внедрения, применения и развития высокотемпературного масс-спектрометрического эффузионного метода Кнудсена для исследования процессов испарения и термодинамических свойств неорганических систем и материалов. Приведены некоторые результаты, полученные на специализированных приборах и на модифицированных масс-спектрометрах, оснащенных высокотемпературными испарителями. Обсуждаются результаты первого этапа лабораторной модификации масс-спектрометра МТИ-350 Г для идентификации состава газовой фазы и определения термодинамических свойств неорганических систем и материалов, включая высокоэнтропийную керамику, при высоких температурах. Проиллюстрированы актуальность и потенциальные возможности создания современного отечественного масс-спектрометра для изучения процессов испарения и термодинамических свойств неорганических систем и материалов при высоких температурах на основе созданного в нашей стране магнитного масс-спектрометра МТИ 350 Г.
Бесплатно
ПОВЫШЕНИЕ ДОСТОВЕРНОСТИ МЕТОДА ПЛАВЛЕНИЯ ДНК ПУТЕМ ПРОВЕДЕНИЯ ПОВТОРНЫХ АНАЛИЗОВ
Статья
В статье изучена возможность использования повторных анализов методом плавления ДНК для повышения их достоверности, а именно уменьшения погрешности определения температуры плавления ДНК Tm. Экспериментально выявлено статистически значимое различие значений Tm анализируемых образцов в последовательно проведенных анализах, препятствующее повышению достоверности. Показано, что увеличение температуры плавления Tm в проведенной серии экспериментов в среднем на 0.12 град. обусловлено испарением 1.65% воды из пробирки. Экспериментально выявлено изменение массы на 0.8 ± 0.1% от общей массы воды в пробирках в результате теплового режима, аналогичного анализу методом плавления, что частично подтверждает предположение. Рекомендовано при повторных анализах методом плавления ДНК учитывать этот эффект и реализовывать мероприятия, препятствующие испарению воды. Приведены аналитические выражения для относительной оценки изменения концентрации ионов натрия и объема воды в пробе.
Бесплатно
Статья научная
Предложено обеспечивать безопасность прибрежных сооружений за счет проведения многопозиционного мониторинга водного объема акватории охранной зоны с помощью гидроакустических средств, при проектировании антенн которых используют эффекты нелинейной акустики, в частности самовоздействие и взаимодействие ультразвуковых (УЗ) волн накачки. Проведен анализ применения гидроакустических систем активной локации с приемоизлучающими антенными устройствами оригинальной конструкции, которые размещают на дне мелководной акватории и используют для обнаружения надводных и подводных объектов, а также удаленного получения информации о гидроусловиях в различных точках акватории. Представлены расчетные результаты оценки энергетической дальности действия гидроакустической системы активной локации в режиме параметрического излучения и анализ пространственных характеристик макета рассмотренного антенного устройства, которые подтверждают возможность получения заявляемого результата.
Бесплатно
ПОКОЛЕНИЯ МЕТОДОВ СЕКВЕНИРОВАНИЯ ДНК (ОБЗОР)
Статья научная
C момента разработки Фредериком Сэнгером и его коллегами революционного метода секвенирования ДНК прошло несколько десятилетий. Это исследование дало толчок усовершенствованию новых методов, которые открыли большие возможности для недорогого и быстрого секвенирования ДНК. После проекта "Геном человека" временной интервал между технологиями секвенирования начал сокращаться, в то время как объем научных знаний продолжал расти в геометрической прогрессии. Вслед за секвенированием Сэнгера, рассматриваемым как первое поколение, последовательно в практику были введены новые поколения секвенирования ДНК. Развитие технологий секвенирования следующего поколения (NGS) внесло существенный вклад в эту тенденцию за счет снижения затрат и получения массивных данных секвенирования. К настоящему времени выделяют три поколения технологий секвенирования. Секвенирование второго поколения, которое в настоящее время является наиболее часто используемой технологией NGS, состоит из этапов подготовки библиотеки, амплификации и секвенирования, в то время как при секвенировании третьего поколения отдельные нуклеиновые кислоты секвенируются напрямую, чтобы избежать систематических ошибок и иметь более высокую пропускную способность. Развитие новых поколений секвенирования позволило преодолеть ограничения традиционных методов секвенирования ДНК и нашло применение в широком спектре приложений молекулярной биологии. С другой стороны, с развитием технологий следующих поколений возникает множество технических проблем, которые необходимо глубоко анализировать и решать. Каждое поколение и платформа секвенирования в силу своего методологического подхода имеет характерные преимущества и недостатки, которые определяют пригодность для тех или иных приложений. Таким образом, оценка этих характеристик, ограничений и потенциальных приложений помогает сформировать направления дальнейших исследований технологий секвенирования.
Бесплатно
Статья обзорная
Активированный уголь обладает превосходными электрохимическими характеристиками, такими как большая удельная площадь поверхности, быстрый перенос ионов/электронов, контролируемая химия поверхности, что делает его перспективным кандидатом в качестве электродного материала для электрохимических устройств. Биомасса из сельскохозяйственных продуктов и отходов является многообещающим прекурсором для производства активированного угля, поскольку она широко распространена и возобновляема, проста в обработке и экологически безопасна. В данном обзоре сравниваются электродные материалы, используемые для электрохимических устройств, приводятся их преимущества и недостатки, а также раскрывается актуальность использования углеродных материалов. В качестве перспективного электродного материала рассматривается биомасса различного состава. Приведены данные по методам получения активированного угля из биомассы, способам его активации и параметрам оценки эффективности электродных систем. Рассмотрены возможные модификации активированного угля, повышающие его проводимость. В заключение дано описание широкого круга подходящих источников биомассы и возможности их применения в различных электрохимических устройствах. На основании приведенных данных можно сделать вывод, что активированный уголь, полученный из биомассы, является перспективным кандидатом в качестве электрода для высокоэффективных электрохимических устройств.
Бесплатно
Статья научная
Проведен анализ статистических методов оценки криптостойкости кодовых последовательностей, используемых в защищенных беспроводных системах связи, который показал, что в известных работах не предложен универсальный показатель качества (ПК) оценки криптостойкости кодовых последовательностей. Отмечено, что в качестве ПК для оценки криптостойкости кодовых последовательностей с помощью статистических методов целесообразно сформировать комплекс ПК. В указанный комплекс нужно включить ПК, уже описанные в источниках. Сформированный комплекс ПК, по мнению авторов, позволит более точно оценить криптостойкость кодовых последовательностей, используемых в защищенных беспроводных системах связи. Разработанный комплекс ПК сформирован как единый кортеж, описываемый сформулированным выражением, который может служить обобщенным критерием оценки криптостойкости кодовых последовательностей. Отмечено, что в известных работах в явном виде такой кортеж не представлен. Проведена модернизация описываемого кортежа с учетом ПК, отвечающих за надежность. Установлено, что при использовании в защищенных беспроводных системах связи криптостойких кодовых последовательностей необходимо обращать внимание на этот комплекс ПК. Сформированный обобщенный критерий оценки качества позволит повысить точность оценки криптостойкости кодовых последовательностей при их использовании в защищенных беспроводных системах связи.
Бесплатно
Статья научная
Представленная работа посвящена использованию разработанного автоматизированного оптикомеханического устройства для томографических исследований десны, обработанной различными зубными пастами для десен. Измерены оптические параметры по глубине десны при воздействии и без воздействия внешних агентов. Выполненная работа является актуальной, т.к. данная задача представляет огромный интерес для терапевтической стоматологии. В статье показаны схема автоматизированного оптико-механического устройства и его работа, а также приведены технические характеристики устройства. Определены объекты исследования и получены данные распределений коэффициента отражения от подповерхностных слоев (глубина 0.5 мм). Проанализирован участок верхней области десны площадью (1×1) см2 после обработки пастами для десен через 15 минут на длине волны 0.83 мкм.
Бесплатно
Статья научная
Работа посвящена исследованию перемещений объектов методом голографической интерферометрии по конаправленной схеме. Методы когерентной оптики занимают важное место в оптических измерениях, и одними из самых высокоинформативных и высокоточных методов являются методы голографической интерферометрии, поэтому данная работа актуальна и перспективна. В статье поставлена цель и задачи, а также определены объект и метод исследования. Приведены внешний вид, оптическая схема и технические параметры экспериментальной голографической интерференционной установки. Показаны интерференционные поля для различных видов движений, а также схема воспроизведения интерферограммы после записанных перемещений объекта. Получены результаты перемещений изображения объекта по оси Х на 100 мкм и по оси Z на 150 мкм и вычислена относительная погрешность определения dx, и dz , которая не превышает 5%.
Бесплатно
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА В АНАЛИЗЕ ДАННЫХ КВАДРУПОЛЬНОГО МАСС-СПЕКТРОМЕТРА
Статья научная
Целью исследования было продемонстрировать возможности классификации и разделения на кластеры данных измерений малогабаритного квадрупольного масс-спектрометра МС7-200 с прямым вводом пробы при атмосферном давлении, разработанного в ИАП РАН. Для кластеризации результатов масс-спектрометрических измерений использовались метод главных компонент (для снижения размерности полученных данных) и метод машинного обучения k-средних. В качестве объектов измерений использовались 19 образцов ферментированной кисломолочной продукции двух групп. В первую группу вошли образцы продукции от индивидуальных фермерских хозяйств, во вторую – образцы промышленной продукции. Была поставлена задача автоматически распознать принадлежность измеряемого образца группе. На измеренных масс-спектрометрических данных этих образцов в двумерном пространстве главных компонент были построены разделимые 2 кластера, соответствующие 2 группам образцов.
Бесплатно
Статья научная
Показано, что в настоящее время сложные сигналы, построенные на основе псевдослучайных последовательностей (ПСП), находят активное применение в различных областях деятельности. Указано, что многие известные бинарные ПСП, например, коды Баркера, m-последовательности и пр., обладают различными недостатками, затрудняющими их использование на практике. Поэтому представляется разумным исследование путей усложнения структуры сигнала не за счет увеличения числа символов в его периоде, а за счет увеличения количества значений, которые может принимать числовая последовательность. Одним из самых очевидных и наименее затратных с вычислительной точки зрения подходов для усложнения структуры сигнала является использование троичных последовательностей (ТП). Отмечено, что, несмотря на наличие большого количества работ по указанной тематике, некоторые вопросы не раскрыты в полной мере, например скрытность и надежность таких сигналов при их использовании в системах передачи данных. Предложено для оценки скрытности и надежности сигналов, сформированных на основе ТП, использовать методы нелинейной динамики (BDS-статистику, показатель Хёрста, пик-фактор). На основе проведенных исследований подтверждено, что сигналы, сформированные на основе ТП, обнаруживаются с помощью методов нелинейной динамики, в частности с помощью BDS-статистики. При этом с помощью показателя Хёрста такие сигналы не обнаруживаются, т.к. они классифицируются как близкие к белому шуму. Отмечено, что все сигналы, сформированные на основе ТП, обладают хорошим (согласно рекомендациям) пик-фактором. Также указано, что большинство исследуемых сигналов, сформированных на основе ТП, являются близкими к сигналам, сформированным на основе классических бинарных ПСП. Исходя из этого, их можно рекомендовать к использованию в скрытных системах передачи данных — хотя такие сигналы и могут быть обнаружены, однако раскрытие их структуры будет представлять определенные трудности, т.к. они имеют признаки классических бинарных ПСП.
Бесплатно
