СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПОЛИНОМИАЛЬНОЙ И АНАЛИТИЧЕСКОЙ АППРОКСИМАЦИЙ ПОЛЯРИЗАЦИОННО-ОПТИЧЕСКИХ ОТКЛИКОВ МАГНИТНЫХ НАНОЖИДКОСТЕЙ
Автор: Я. А. Фофанов, В. В. Манойлов
Журнал: Научное приборостроение @nauchnoe-priborostroenie
Рубрика: Математические методы и моделирование в приборостроении
Статья в выпуске: 3, 2025 года.
Бесплатный доступ
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.
Количественный поляризационно-оптический анализ, магнитные наножидкости, аппроксимация экспериментальных данных
Короткий адрес: https://sciup.org/142245618
IDR: 142245618
Список литературы СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПОЛИНОМИАЛЬНОЙ И АНАЛИТИЧЕСКОЙ АППРОКСИМАЦИЙ ПОЛЯРИЗАЦИОННО-ОПТИЧЕСКИХ ОТКЛИКОВ МАГНИТНЫХ НАНОЖИДКОСТЕЙ
- 1. Fofanov Ya.A. Threshold sensitivity in optical measurements with phase modulation // Proc. SPIE 1811, Tenth All-Union Symposium and School on High Resolution Molecular Spectroscopy, p. 413–414 (1 July 1992). DOI: 10.1117/12.131190
- 2. Sokolov I.M., Fofanov Ya.A. Investigations of the small birefringence of transparent objects by strong phase modulation of probing laser radiation // J. Opt. Soc. Am. A. 1995. Vol. 12, no. 7. P. 1579–1588. DOI: 10.1364/JOSAA.12.001579
- 3. Фофанов Я.А. Методы и приборы для количественного анализа структурного двулучепреломления материалов и веществ // Научное приборостроение. 1999. T. 9, № 3. С. 104–110. ULR: https://iairas.ru/mag/1999/full3/Art11.pdf
- 4. Фофанов Я.А., Афанасьев И.И., Бороздин С.Н. Структурное двупреломление в кристаллах оптического флюорита // Оптический журнал. 1998. Т. 65, № 9. С. 22–25.
- 5. Фофанов Я.А., Плешаков И.В., Кузьмин Ю.И. Лазерное поляризационно-оптическое детектирование процесса намагничивания магнитоупорядоченного кристалла // Оптический журнал. 2013. Т. 80, № 1. С. 88–93. URL: https://opticjourn.ru/index.php/ru/abstract/2013-80-1-88-93
- 6. Fofanov Ya. On the analogy in evolution processes and the behavior of a magnetically ordered systems // Natural Science. 2013. Vol. 5, no. 4A. P. 14–17. DOI: 10.4236/ns.2013.54A003
- 7. Фофанов Я.А., Бардин Б.В. О поляризационных откликах объектов с малой оптической анизотропией // Научное приборостроение. 2016. Т. 26, № 1. С. 58–61. URL:http://iairas.ru/mag/2016/abst1.php#abst8
- 8. Kuraptsev A.S., Sokolov I.M., Fofanov Ya.A. Coherent specular reflection of resonant light from a dense ensemble of motionless point-like scatters in a slab geometry // Int. J. Mod. Phys. Conf. Ser. 2016. Vol. 41. Id. 1660141. P. 1–9. DOI: 10.1142/S2010194516601411
- 9. Фофанов Я.А., Плешаков И.В., Прокофьев А.В. Исследование поляризационных магнитооптических откликов слабоконцентрированной феррожидкости // Письма в ЖТФ. 2016. Т. 42, вып. 20. C. 66–72. URL: https://journals.ioffe.ru/articles/43804
- 10. Fofanov Ya., Vetrov V., Ignatenkov B. Laser PolarizationOptical Sounding of Optical Crystals and Ceramics // IEEE Xplore Digital Library. ICLO. 2018. P. 406–406. DOI: 10.1109/LO.2018.8435268
- 11. Scherer C., Figueiredo Neto A.M. Ferrofluids: Properties and applications // Braz. J. Phys. 2005. Vol. 35, no. 3A, P. 718–727.
- URL: https://www.sbfisica.org.br/bjp/files/v35_718.pdf
- 12. Nepomnyashchaya E.K., Prokofiev A.V., Velichko E.N. et al. Investigation of magneto-optical properties of ferrofluids by laser light scattering techniques // J. Magn. Magn. Mater. 2017. Vol. 431. Proc. of ICMF-14. P. 24–26. DOI: 10.1016/j.jmmm.2016.10.002
- 13. Davis H.W., Llewellyn J.P. Magnetic birefringence of ferrofluids: I. Estimation of particle size // J. Phys. D: Appl. Phys. 1979. Vol. 12, no. 2. P. 311–319. DOI: 10.1088/0022-3727/12/2/018
- 14. Фофанов Я.А., Манойлов В.В., Заруцкий И.В., Бардин Б.В. О подобии поляризационно-оптических откликов магнитных наножидкостей. Ч.1 Аппроксимация для слабых полей // Научное приборостроение. 2018. Т. 28, № 1. C.45–52. URL: http://iairas.ru/mag/2018/abst1.php#abst6
- 15. Фофанов Я.А., Манойлов В.В., Заруцкий И.В., Бардин Б.В. О подобии поляризационно-оптических откликов магнитных наножидкостей. Ч. II. Оценка статистической значимости коэффициентов регрессии // Научное приборостроение. 2018. Т. 28, № 2. С. 54–62. URL: http://iairas.ru/mag/2018/abst2.php#abst8
- 16. Фофанов Я.А., Манойлов В.В., Заруцкий И.В., Курапцев А.С. Статистический анализ данных высокочувствительного лазерного поляризационнооптического зондирования магнитных наножидкостей // Оптический журнал. 2020. Т. 87, № 2. С. 36–43. DOI:10.17586/1023-5086-2020-87-02-36-43
- 17. Фофанов Я.А., Манойлов В.В., Заруцкий И.В., Курапцев А.С. Лазерная поляризационно-оптическая диагностика упорядоченных объектов и структур // Известия РАН, серия физическая. 2020. Т. 84, № 3. С. 341–344. DOI: 10.31857/S0367676520030114
- 18. Скибин Ю.Н., Чеканов В.В., Райхер Ю.Л. Двойное лучепреломление в магнитной жидкости // ЖЭТФ. 1977. Т. 72, вып. 3. С. 949–955. URL:https://elibrary.ru/item.asp?id=19083100
- 19. Scholten P.C. The origin of magnetic birefringence and dichroism in magnetic field // IEEE Trans. Magn. 1980. Vol. 16, no 2. P. 221–225. DOI: 10.1109/TMAG.1980.1060595
- 20. Coleman T.F., Li Y. An Interior, Trust Region Approach for Nonlinear Minimization Subject to Bounds // SIAM Journal on Optimization. 1996. Vol. 6. P. 418–445. DOI: 10.1137/0806023
- 21. Dennis J.E., Jr. Nonlinear Least-Squares // The State of the Art in Numerical Analysis / Ed. D. Jacobs. N.-Y., London: Academic Press, 1977. P. 269–312.
- 22. Фофанов Я.А., Манойлов В.В. Высокочувствительное лазерное зондирование и структурная диагностика упорядоченных веществ, материалов, микро- и наносистем. Обзор // Оптический журнал. 2024. Т. 91, № 4. С. 26–39. DOI: 10.17586/1023-5086-2024-91-04-26-39