Статьи журнала - Научное приборостроение
Все статьи: 1351
Решение обратных задач контроля технических систем прямыми и численными методами
Статья научная
Статья посвящена сопоставлению численных и прямых методов решения обратных задач контроля технических систем. Несмотря на большую популярность замены численными методами решения прямых методов, нецелесообразным является отказ от прямых методов решения. Рассмотрен класс обратных задач, при решении которых использование прямых методов является целесообразным. К таким задачам отнесены условно корректные задачи, в соответствие с терминологией, предложенной акад. М.М. Лаврентьевым.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены решения задачи Дирихле для уравнения Лапласа в цилиндрических координатах. Изучены подходы, позволяющие свеcти такие задачи для осесимметричных и трансаксиальных корпускулярно-оптических систем к расчету двумерных гармонических потенциалов, для нахождения которых используются методы теории функций комплексной переменной (ТФКП). Выведена простая аналитическая формула, которая точно описывает электростатический потенциал поля квадруполя с электродами в форме кругового цилиндра. Найдены аналитические формулы, которые с достаточно высокой точностью описывают электростатический потенциал поля многоэлектродной осесимметричной цилиндрической линзы или зеркала. Получены также аналитические выражения, с хорошей точностью описывающие электростатический потенциал трехэлектродной трансаксиальной линзы. Найденные аналитические формулы для потенциалов хорошо согласуются с результатами, полученными другими методами.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены робастные методы и соответствующие им алгоритмы на основе нейронных сетей для реализации разделения сигналов смеси. Восстановление формы первичных сигналов, идентификация смешивающей и разделяющей матриц выполняются без существенных ошибок при наличии значительных уровней шума в анализируемых сигналах смеси.
Бесплатно
СБОР ГЕНЕТИЧЕСКИХ БИОМАТЕРИАЛОВ (ДНК) С ПОВЕРХНОСТЕЙ: МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА
Статья научная
В обзоре рассмотрены современные технологии и тенденции развития в разработке приборов для взятия проб, в том числе контактной ДНК с различных поверхностей и предметов. В статье рассматривается эффективность сенсорных методов восстановления ДНК и устройств, используемых для сбора ДНК с различных поверхностей на месте преступления для судебно-медицинской лаборатории, а также рассмотрены проблемы, ограничения методов и современные тенденции развития. Разобраны распространенные и новые методы сбора проб, а именно: соскабливание, вырезание, тампоны (и протирание тампонами), подтяжка лентой и гелем, замачивание, Bardole M-vac, сухой и влажный вакуум и другие.
Бесплатно
Статья научная
Экспериментально определены свойства ионного потока в зависимости от параметров бессеточного двухэлектродного ионного затвора и условий транспортировки ионов в области дрейфа. С помощью коллектора, состоящего из концентрических колец, исследована поперечная структура ионного потока в плоскости коллектора. Полученные распределения токов имеют радиальную структуру, меняющуюся в зависимости от экспериментальных условий. Даны теоретические оценки степени влияния объемного заряда на поперечные размеры ионного пучка в поле дрейфа. Согласие экспериментальных и теоретических результатов позволяет сделать вывод, что наблюдаемые явления обусловлены объемным зарядом.
Бесплатно
Статья научная
Датчики напряженности электрического поля являются неотъемлемой частью измерительных приборов и систем. Правильный их выбор обуславливает создание приборов и систем с высокими метрологическими характеристиками. В данной работе рассматривается сравнительный анализ известных сдвоенных датчиков напряженности электрического поля с накладными, составными и раздельными чувствительными элементами (ЧЭ), основанных на явлении электростатической индукции. В сравнении участвуют технологические и конструктивные параметры сдвоенных датчиков и их метрологические характеристики. Сравнивается также сложность измерительных устройств датчиков. Все анализируемые сдвоенные датчики имеют практически равнозначные технологические и конструктивные параметры. Незначительной сложностью по технологическим и конструктивным параметрам обладают сдвоенные датчики с накладными чувствительными элементами. Сдвоенные датчики с составными чувствительными элементами имеют незначительно сложные измерительные устройства. Сильное отличие анализируемых сдвоенных датчиков прослеживается по метрологическим характеристикам. Установлено, что лучшими метрологическими характеристиками обладают сдвоенные датчики, имеющие раздельные ЧЭ второго варианта исполнения. Такие датчики обеспечивают погрешность от неоднородности поля, не превышающую = 0.9%, и максимальный пространственный диапазон измерения 0 < a < 1 при угловых размерах чувствительных элементов 11 = 35.6, 21 = 90, 12 = 0, 22 = 35.5. Сдвоенные датчики с раздельными чувствительными элементами первого варианта исполнения обладают погрешностью, не превышающей = 2%, и максимальным пространственным диапазоном измерения 0 < a < 1 при угловых размерах чувствительных элементов 11 = 40, 21 = 90, 12 = 0, 22 = 35.5. Сдвоенные датчики с накладными ЧЭ первого варианта исполнения и с составными ЧЭ первого варианта исполнения обладают практически одинаковыми параметрами. Такие датчики имеют положительную погрешность от неоднородности поля, не превышающую = 4.6%, и максимальный пространственный диапазон измерения 0 < a < < 0.92. Отмечается метрологическое превосходство сдвоенных датчиков с раздельными чувствительными элементами второго варианта исполнения перед другими анализируемыми сдвоенными датчиками; им, в первую очередь, нужно отдавать предпочтение в использовании.
Бесплатно
СЕКВЕНС РНК ВИРУСА COVID-19: КОРОТКИЙ ОБЗОР
Статья научная
Первая статья по массивному параллельному РНК-секвенсу была напечатана лишь в 2018 г., т. е. за два года до начала коронавирусной пандемии. Первая удовлетворительная статья по секвенсу COVID-19 поступила в редакцию Nature 3 февраля 2020 г. и была опубликована 12 марта. В этой статье сообщалось о РНК-секвенсе последовательности из 29 903 нуклеотидов этого вируса. Пионерская статья в журналах Американского химического общества на эту тему (23 марта) посвящена бумажным чипам.
Бесплатно
СИСТЕМА ПРЯМОГО ЭКСПОНИРОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ МАТРИЦЫ
Статья
Статья посвящена исследованию возможности использования жидкокристаллических (ЖК) матриц в качестве фотошаблонов для переноса проводящего рисунка на фоточувствительный материал с помощью ультрафиолетового (УФ) излучения при производстве печатных плат (ПП). В ходе исследования произведен анализ технологий экспонирования, используемых при производстве ПП. Разработана структурная схема системы прямого экспонирования c применением ЖК-матрицы и определены основные элементы ее конструкции. На основе монохромного ЖК-экрана PengJi PJ3D623V1 создан прототип установки, на котором проведен ряд экспериментов. В ходе проведения экспериментов уточнены следующие конструкционные параметры установки: тип рассеивателя (матовый), расстояние между рассеивателем и ЖК-матрицей (37 мм), длина волны источника УФ-излучения (365 нм). Также эксперименты позволили определить технологические характеристики операции экспонирования: необходимое время экспонирования для источников с различной длиной волны, минимально воспроизводимые размеры проводящего рисунка. Подтверждена возможность использования разработанной системы: успешно изготовлена ПП, соответствующая четвертому классу точности по ГОСТ Р 53429-2009 с минимальной шириной проводников и зазоров 0.2 мм (толщина слоя медной фольги: 35 мкм). Произведен анализ преимуществ и недостатков системы, на основе которого определена область возможного применения исследуемой технологии, а также перспективы ее развития.
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
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИК ЯМР ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ САМОДИФФУЗИИ И ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ
Статья научная
Описан способ уменьшения влияния неидентичности градиентных импульсов на точность измерения диффузионных параметров образца и скорости потока флюида методом ЯМР при использовании серии из нескольких градиентных импульсов перед первым радиочастотным импульсом, за счет чего в измерительной системе устанавливается динамическое равновесие и в результате воздействие градиентных импульсов выравнивается. Это приводит к повышению точности и расширению диапазона измерений.
Бесплатно
Статья научная
В статье предложено полимодельное описание функционирования киберфизических систем (КФС), оснащенных многофункциональными аппаратно-программными средствами приема (передачи), хранения, обработки информации, а также формирования управляющих воздействий. В рамках данной статьи будем предполагать, что каждая КФС обладает набором аппаратно-программных средств, позволяющих на основе выполнения соответствующих измерений, а также обработки и анализа соответствующих данных решать различные классы задач определения состояния как обслуживаемых объектов (ОбО), так и своего собственного. Предлагаемый подход позволяет дополнительно обеспечить собственное надежное функционирование. В предметной области, связанной с научным приборостроением, данные модели и соответствующие алгоритмы, их использующие, имеют большую научную и практическую значимость, т.к. позволяют за счет оптимизации измерительно-вычислительных операций повысить в целом эффективность использования конкретных приборных комплексов в конкретной обстановке. В основу разработанного полимодельногоописания положена оригинальная динамическая интерпретация соответствующих процессов. Для конкретизации в статье рассматривается этап решения задач совместного оперативного планирования измерительно-вычислительных операций (ИВО), проводимых КФС как для определения своего местоположения, так и положения ОбО. Рассмотрение ИВО вызвано их особой значимостью в решении задач управления ОбО. Приводится информация о программном комплексе (ПК), обеспечивающем решения задачи оперативного планирования ИВО, а также осуществлен анализ результатов машинных экспериментов с разработанными моделями и алгоритмами планирования.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе представлен краткий обзор современных тенденций в развитии технологий изготовления сенсоров довзрывоопасных концентраций горючих газов и паров горючих жидкостей. Обсуждаются различные типы газовых сенсоров, включая термокаталитический, полупроводниковый и оптический типы, а также принципы их работы. Выделены преимущества и недостатки каждого типа газового сенсора. Обсуждаются новые и традиционные технологии изготовления чувствительных элементов, обеспечивающие улучшение параметров сенсоров, таких как технологичность, миниатюризация и уменьшение энергопотребления. В заключение обзора анализируются тенденции и перспективы разработки и исследования для повышения чувствительности и селективности сенсоров.
Бесплатно
СПЕКТРАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕКСТИЛЬНОГО ОПТИЧЕСКОГО ОТБЕЛИВАТЕЛЯ И ОРГАНИЧЕСКОГО КРАСИТЕЛЯ
Статья научная
В настоящей работе показана востребованность и актуальность применения разработанного спектрофотометра для исследования оптического отбеливателя и органического красителя на разных тканях. В работе приведена структурная схема спектрофотометра и даны технико-эксплуатационные характеристики устройства. Получены спектры диффузного отражения для разных образцов тканей, на которых видно, что оптический отбеливатель формирует коротковолновую полосу поглощения при λ ≤ 420 нм и дает люминесцентную добавку к отраженному потоку излучения в синей области спектра λ ≈ 430–480 нм. В области λ ≈ 500–640 нм идет снижение коэффициента отражения. Проведено количественное сопоставление параметра яркости B, определенного из спектров R(λ) и по параметру яркости B белых тканей; результаты измерений Be сведены к референтному значению Br линейной интерполяцией. Погрешность интерполяции не превышала δB ≤ 1 %. Измерены цветовые параметры для координат X, Y, Z с погрешностью не более 1 %. Проанализированы спектры диффузного отражения окрашенных образцов тканей и получены результаты измерений колориметрических координат.
Бесплатно
Статья научная
Разработана специализированная одноканальная система ввода пробы для масс-спектрометра Helicomass, предназначенная для реализации уреазного дыхательного теста и проведения научных исследований. Система ввода пробы включает в себя пробозаборную иглу; манифолд с системой его очистки и возможностью напуска как пробы, так и изотопного стандарта; высоковакуумный натекатель Мамырина для ввода пробы в источник ионов с электронной ионизацией и алгоритм очистки, включающий серию последовательных откачек и продувок системы сжатым азотом. Система обеспечивает ввод пробы до давления в аналитической камере масс-спектрометра 4·10–6 Торр; точность по 21 измерению составляла 0.1%, что соответствует целевым требованиям прибора. Цикл измерения одной пробы занимает 15 мин, включая измерение эталона, очистку системы ввода пробы, измерение пробы и вторую очистку системы ввода пробы. Данная система ввода в сочетании с масс-спектрометром Helicomass позволяет проводить изотопный дыхательный тест на наличие и степень осеменения желудка бактерией Helicobacter pylori.
Бесплатно
Статья научная
Проведено количественное сравнение возможностей полиноминальной и аналитической аппроксимаций слабых поляризационно-оптических откликов разбавленных магнитных наножидкостей (НЖ). В качестве критериев сравнения различных методов аппроксимации использованы оценки коэффициентов детерминации. Количественно показано, что для всех исследованных значений магнитного поля зависимости величин слабых поляризационно-оптических откликов магнитных НЖ от концентрации обладают подобием в диапазоне концентраций, составляющем более трех порядков. Рассмотрены возможности использования коэффициентов аппроксимации для оценки параметров исследуемых НЖ. Методы аппроксимации экспериментальных данных поляризационно-оптических откликов НЖ, рассмотренные в работе, равноправны, так как коэффициенты детерминации для этих методов близки друг к другу. Преимущество метода аппроксимации с помощью аналитической функции заключается в том, что один из коэффициентов аппроксимации напрямую связан с концентрацией анализируемой НЖ и для оценки концентрации не нужно использовать калибровочные кривые и проводить интерполяцию, как это необходимо делать при аппроксимации с помощью полиномов. Аналитическая аппроксимация откликов исследованных НЖ с помощью зависимостей, использующих гиперболические функции, более чувствительна к наличию выбросов в экспериментальных данных, чем метод аппроксимации на основе полиномов. Метод оценки концентраций с помощью калибровочных кривых может быть успешно использован даже при наличии заметных выбросов в экспериментальных данных, если применять полиномиальную модель откликов.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрено оригинальное схемотехническое решение, позволяющее реализовать режим программирования в составе собранных устройств современных микроконтроллеров российского производства, применяемых в аппаратуре космического и специального назначения. Данное решение позволяет значительно увеличить возможности разработчика аппаратуры научного и специального назначения, сократить сроки разработки новых устройств и повысить надежность вводимых в эксплуатацию систем, т.к. не содержит механических коммутаторов в цепях питания и программирования микроконтроллера и позволяет производить перепрограммирование системы даже в составе готового штатного изделия, оставляя возможность реализации режима запрета перепрограммирования.
Бесплатно
Самоорганизация в коммуникационных средах
Статья научная
В работе рассматриваются вариационные принципы Л. Онсагера (наименьшая диссипация энергии) и И. Пригожина (принцип наименьшего производства энтропии). Эти принципы сформулированы для полноопределенных систем. Показана их аналогия с законами Ома и Гука. Дано обобщение этих принципов для переопределенных систем.
Бесплатно
Статья научная
В работе освещены особенности динамики конвективных течений, вызванных действием силы тяжести и градиентов температуры; приведена математическая модель, описывающая их поведение, а также условие механического равновесия жидкости при нагреве; условия возникновения устойчивого и неустойчивого конвективных течений. Приведены законы подобия для свободной конвекции и теплопередачи. Представленные результаты позволяют существенно повысить эффективность численного моделирования с целью получения рекомендаций к синтезу нужных для создания приборов устойчивых конвективных течений путем вариации геометрии задачи, распределения градиентов управляющего температурного поля и параметров рабочей жидкости.
Бесплатно
Статья научная
Предложена математическая модель двухслойных Si-Ge, Si-AsGa, Si-CdTe энергодисперсионных детекторов рентгеновского излучения, основанная на анализе процессов радиационного и электронного переносов в детекторе, а также модель рентгеновского флуоресцентного энергодисперсионного спектрометра на базе такого детектора. Методом Монте-Карло проведены расчеты вероятностей регистрации фотонов в различных частях функции отклика детектора. Показано, что при использовании схемы антисовпадений и использовании в качестве первого слоя Si-детектора, а второго слоя Ge-, AsGa- или CdTe-детектора возможно получение детектора с улучшенными характеристиками - с подавлением пиков потерь второго детектора и эффективностью регистрации при высокой энергии излучения, близкой к эффективности второго детектора. Показано, что при использовании такого детектора в рентгенофлуоресцентном энергодисперсионном спектрометре в случае рентгенорадиометрического анализа происходит увеличение соотношения сигнал/фон.
Бесплатно
Статья научная
Представлен детальный вывод формул для вычисления математического ожидания и дисперсии медианы. При этом рассматривается равномерный закон распределения и предполагается, что данные от одного из группы измерителей подвержены дрейфу. Количество измерителей нечетное, поэтому в качестве медианы берется только одно значение, оказавшееся в середине сортированного списка. Для равномерного закона распределения оказалось возможным взять интегралы и получить точные аналитические формулы при некоторых значениях величины дрейфа. Представлены результаты вычислений, позволяющие сравнивать параметры медианы и среднего арифметического, а также формировать экспертное мнение о необходимом количестве измерителей.
Бесплатно
