Системный анализ приборов и измерительных методик. Рубрика в журнале - Научное приборостроение
Статья научная
Проведен анализ использования отфильтрованных через широкополосный полосовой фильтр хаотических сигналов для обеспечения скрытности и надежности функционирования передачи данных в системах радиосвязи. Получены временнÏе реализации хаотических сигналов, сгенерированных с помощью известных генераторов Чуа и Рикитаке. Проведены их фильтрация с помощью широкополосного полосового фильтра и исследование полученных данных с помощью показателей BDS-статистики и пик-фактора. Авторы, на основе проведенных исследований и выводов из известных работ считают целесообразным применять для обеспечения скрытности и надежности передачи данных в системах радиосвязи при использовании хаотических сигналов наряду с широко распространенными методами также и фильтрацию с помощью полосовых фильтров с широкой полосой пропускания.
Бесплатно
АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ ТОЧНОСТИ ПРЕЦИЗИОННЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
Статья научная
В статье рассматриваются вопросы соответствия механики манипуляторов прецизионных промышленных роботов (ППР) квалитетам наивысшей точности, указанным в нормативной технической документации и практически достигнутым в областях машиностроительной, приборостроительной и электронной промышленности. Рассматриваются возможности систем многосвязного управления сложными пространственными механизмами с избыточными степенями свободы (в том числе манипуляторами ППР); возможности систем многоконтурного управления приводами ППР с прецизионными датчиками линейных и угловых перемещений, скоростей, ускорений, градиентов ускорений (в перспективе); вопросы согласования этих параметров с параметрами вычислительной части систем управления — разрядностью цифровых датчиков (более 20 разрядов), с разрешением меньше угловой секунды. Манипуляторы ППР используются в системах многосвязного и многоконтурного регулирования и управления с элементами искусственного интеллекта, таких как системы автоматического регулирования (САР), системы автоматического управления (САУ) и системы искусственного интеллекта. Указанные проблемы рассматриваются в широких пределах, включая переход к областям нанотехнологий, конкретно: при линейных (нанометры) и угловых (сотые доли угловых секунд) измерениях, а также при измерении скоростей, ускорений и градиентов ускорений (в перспективе — для систем с "человеком оператором" в контуре, т.е. систем "человек – машина" (СЧМ)). Рассматривается обеспечение точности позиционирования ПР при невысокой точности изготовления его элементов за счет системы управления.
Бесплатно
Автоматизация и миниатюризация химического анализа на принципах проточных методов (обзор)
Статья обзорная
Рассмотрены основные тенденции развития проточных методов анализа как в плане общих схемных решений, так и круга решаемых аналитических задач. Обсуждаются принципы, возможности и ограничения известных методов проточного анализа, их роль в реализации концепции зеленой аналитической химии. Наряду с новыми общими схемами проточного анализа рассматриваются вариации его гибридизации со сложными методами многокомпонентного анализа - спектральными и хроматографическими. Особое внимание уделяется стадии пробоподготовки, включающей методы разделения и концентрирования. Приведены примеры применения проточных методов для автоматизации методик анализа off-line и создания автоматизированных систем аналитического контроля on-line. Среди областей практического применения проточных методов основное внимание уделено анализу объектов окружающей среды, фармацевтике и радиохимическому анализу.
Бесплатно
Алгоритм обнаружения биологических аэрозолей в воздухе при наличии тестовых данных
Статья научная
Предлагается алгоритм, который на основе данных с прибора, основанного на проточно-оптическом методе, принимает решение о наличии в воздухе искомых патогенных веществ. Строятся оценки плотностей распределения измерений параметров частиц для известных веществ, оценивается процентная концентрация содержащихся в воздухе аэрозольных частиц. Используя пороги, рассчитанные на этапе обучения, принимается решение об обнаружении опасных веществ. Приводятся результаты тестирования алгоритма.
Бесплатно
Статья научная
Масс-спектрометрия является уникальным инструментом для контроля качества и безопасности пищевых продуктов. В настоящей работе объектами исследования стали образцы "свежих" и тех же продуктов искусственно просроченных ("ускоренно ферментированных") промышленно выпускаемых разными производителями йогуртов с различными микробиологическими заквасками, молочным сырьем, функциональными пищевыми добавками и т.п. Качественный и количественный составы этих образцов оценивались с помощью разработанного в ИАП РАН малогабаритного квадрупольного газового масс-спектрометра МС7-200 с ионизацией электронным ударом. Затем производилась "интеллектуальная" математическая обработка получаемых данных (методом "главных компонент" и т.д.). Было подтверждено, что с помощью масс-спектрометрического анализа и последующей математической обработки полученных данных с использованием методов многомерного статистического анализа можно достоверно оценивать состав и качество образцов различной молочной продукции, включая используемые для их упаковки материалы. Кроме того, разработанные нами способы предварительного "ускоренного ферментирования" анализируемых образцов молочной продукции, а также нагрева упаковки этих образцов перед пробоотбором существенно увеличивают чувствительность анализа. Совокупность предложенных подходов позволяет использовать масс-спектрометрию в качестве одного из высокоэффективных методов контроля состава и качества молочной продукции, обладающего такими преимуществами, как доступность для широкого применения, высокая экспрессность и экономичность, невысокие требования к квалификации оператора и т.д.
Бесплатно
Статья научная
В работе предложен вебометрический метод изучения тенденций развития аналитического приборостроения, основанный на анализе сайтов Американского химического общества в Интернете. В отличие от классической наукометрии вебометрия позволяет изучать не только динамику числа публикаций, но и динамику числа ссылок на эти публикации. Показано, что качество определения числа ссылок в режиме on-line вполне удовлетворительно за периоды 1996-2007 и 2010-2012 гг., неудовлетворительно за 2008-2009 гг. и ранее 1980 г. Понятие h-индекса Хирша обобщено на различные виды аналитических приборов. В перспективе вебометрический анализ может выявить небольшое число управляющих параметров, определяющих тенденции развития аналитического приборостроения и его отдельных направлений. В частности, вебометрия показала, что в первом десятилетии XXI в. развивалось не столько аналитическое приборостроение, сколько использование наноструктур для отдельных классов аналитических приборов.
Бесплатно
Статья научная
Изучено влияние 2.65 МГц фокусированного ультразвукового поля на выход ДНК M. tuberculosis при использовании модельных растворов и коммерческих наборов для сорбции на силикатных микроколонках и на магнитных частицах в диапазоне интенсивности ультразвука 1.2÷3.0 Вт/см2. Показано, что в обоих случаях (сорбция и в колонках, и на магнитных частицах) величина выхода сначала увеличивается пропорционально интенсивности ультразвукового поля, а после достижения максимума изменяется обратно пропорционально интенсивности. Максимальное значение выхода и при сорбции на микроколонках, и при сорбции на магнитных частицах составляет 82 % при интенсивности 2.0 Вт/см2. Таким образом, выделение ДНК в 2 раза эффективнее, чем в отсутствие ультразвука, и на 10 % выше, чем при оптимальной температуре 70 ºС. Визуальные наблюдения и фото-, видео-съемка позволили оценить структуру акустического поля и акустического течения при озвучивании суспензии магнитных частиц и ее изменение во времени при различных интенсивностях поля. Проведено краткое обсуждение влияния на сорбцию ДНК на микроколонке некоторых физических эффектов, возникающих при пропускании жидкости через пористые среды в ультразвуковом поле. На основе литературных данных и электрофореза оценена возможность фрагментации и деструкции молекул ДНК в изученных условиях. Разрушение плазмиды происходило при значениях интенсивности около 3.0 Вт/см2 и только при озвучивании в течение времени более 1 мин. Сделан вывод, что выбор одной из двух исследованных сорбционных систем определяется скорее удобством использования и наличия у пользователя, чем рабочими характеристиками.
Бесплатно
ДВЕ МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЯ ПОМЕХ ДЕКАМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА
Статья научная
Представлены две методики измерения помех декаметрового диапазона. Первая методика позволяет извлекать информацию о станционных помехах из данных радиозондирования ионосферы линейно-частотномодулированными сигналами. Таким образом могут быть одновременно измерены характеристики и сигнала, и помех; повышается информативность существующего метода зондирования ионосферы. Однако в этом случае прием осуществляется в специфическом режиме радиозондирования, что несколько ограничивает возможности измерения помех, например измерения их абсолютных величин. Если нужны характеристики только помех, то целесообразно использовать вторую методику, функционирующую в режиме обычного "классического" радиоприема. Вторая методика представляет собой универсальную гибкоперестраиваемую методику измерения панорам спектра помех различных видов, ее гибкость заключается в возможностях широкого варьирования параметров измерений помех, в том числе над сохраненными измерительными данными после проведения измерительного эксперимента, что позволяет применять одни и те же данные для исследований с различными целями. Вторая методика может комплексироваться с зондированием ионосферы. Описанные методики реализованы в составе аппаратно-программных комплексов зондирования ионосферы различных исполнений. Также приведена методика оценки уровня фонового шума по панораме спектра помех. В перспективе возможна реализация алгоритма панорамного измерения помех всех видов для более широкого диапазона, чем декаметровый (но включая его). Предлагается делать это на основе технологии программно определяемого радио (Software Defined Radio).
Бесплатно
Динамические системы с отказами
Статья научная
В статье рассматриваются алгоритмы обработки информации в дискретных динамических системах с отказами. Для различных математических моделей параметра отказа строятся алгоритмы фильтрации, которые затем обобщаются на задачи обнаружения сигналов на фоне помех и белого шума.
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
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
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
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
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
Статья научная
Работа посвящена исследованию разработанного спектрофотометрического датчика для колориметрических приборов, использующих оптоэлектронные RGB-компоненты. Зарубежные колориметры, в состав которых входят спектрофотометры, имеют большую стоимость и порой недоступны для отечественного потребителя, поэтому разработка спектрофотометрического датчика для отечественных колориметров, построенных на оптоэлектронных RGB-компонентах, может представлять интерес. В работе определена цель и поставлена задача исследования. Приведены структурная схема, система освещения с фотометрической интегрирующей сферой и внешний вид спектрофотометрического датчика. Получено спектральное распределение сигнала I(λ) в измерительном канале при уровне 0 и при уровне 1. Проведена калибровка датчика шкалы длин волн с применением нормированных линий излучения ртутно-гелиевой лампы и синего стекла марки СС6. Получена результирующая погрешность калибровки шкалы длин волн, которая составила λ = 0.5 нм. Исследована линейность шкалы пропускания, и оценена фотометрическая погрешность при сравнении измеренных и рассчитанных значений пропускания Т(λ) для цветных нейтральных стекол. Погрешность измерений была не хуже Т 0.5%.
Бесплатно
Статья научная
В работе для измерения намагниченности магнитной жидкости предложен усовершенствованный метод ЯМР, в котором вместо двух измерительных катушек, как в ранее предложенном методе, используется одна катушка. При этом отсутствует систематическая погрешность, вызванная различием индукций внешнего магнитного поля в местах расположения двух измерительных катушек.
Бесплатно
Исследование погрешностей оцифровки пиков генетического анализатора
Статья научная
Рассмотрены основные причины различия электрофоретической мобильности флуоресцентно-меченых фрагментов ДНК. Выполнен анализ результатов экспериментального разделения фрагментов секвенсной смеси. Предложен способ определения базового временнóго интервала. Отличия реальных временнÏх интервалов от базового временнóго интервала предложено рассматривать как систематическую составляющую погрешности измерений при определении последовательности пиков.
Бесплатно
Исследование приборных источников погрешности в количественной абсорбционной спектроскопии
Статья научная
В работе рассмотрены способы обнаружения и оценки влияния приборных погрешностей, вызванных неравномерностью энергетической спектральной эффективности дифракционной решетки и нелинейностью спектральной чувствительности детектора спектрофотометра, при исследовании спектров поглощения и оптической плотности образцов.
Бесплатно
К ВОПРОСУ О ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ МИКРОФОНА НОВОГО ТИПА
Статья научная
Предложен микрофон нового типа, одной из отличительных черт которого является переменная чувствительность, зависящая от величины постоянного электрического напряжения накачки. Кроме того, создано согласующее устройство (медиатор), позволяющее значительно увеличивать чувствительность микрофона. В процессе экспериментов подтверждено значительное увеличение чувствительности как вследствие электрической накачки, так и вследствие применения медиатора. В ходе экспериментов получена величина чувствительности микрофона, равная 1990.5 мВ/Па при накачке 1000 В.
Бесплатно
Статья научная
В данной статье проведена оценка пик-фактора биоподобных сигналов, используемых в гидроакустических системах связи, на примере исследования сигналов, основанных на имитации записей звуков различных видов китов. Проведенные расчеты и анализ литературы показывают, что приемлемым значением пик-фактора (p ≤ 4) обладают записи звуков следующих видов китов: Blue whale, Alaska humpback whale, Atlantic blue whale и Northeast Pacific blue whale. Записи звуков указанных видов китов целесообразно использовать в соответствующих гидроакустических системах связи. Напротив, записи звуков таких видов китов, как Atlantic finwhale, Atlantic minkewhale, South Pacific blue whale и Western Pacific blue whale, обладают повышенным значением пик-фактора (p > 4) и без адаптации их нецелесообразно использовать. Таким образом, установлено, что биоподобные сигналы, применяемые в гидроакустических системах связи, на примере исследования сигналов, основанных на использовании записей звуков различных видов китов, могут обладать как приемлемым значением пик-фактора, так и повышенным. На указанный вывод целесообразно обратить внимание разработчикам и производителям соответствующих гидроакустических систем связи при их проектировании, реализации и испытании.
Бесплатно
