ivdon3@bk.ru
В статье демонстрируется компьютерная модель волоконно-оптического датчика, реализованный на основе двухчастотного оптоэлектронного генератора (ОЭГ) для измерения поперечного давления. В петле оптоэлектронного генератора используется волоконная брэгговская решетка (ВБР) с фазовым сдвигом, к которой прикладывается поперечное давление для наведения двулучепреломления и создания двух ортогонально поляризованных окон прозрачности, что приводит к генерации двух оптических частот. Разностная частота биений между двумя оптическими частотами лежит в СВЧ диапазоне и зависит от величины давления, приложенного к ВБР. Модельно получено, что чувствительность и минимальное обнаруживаемое давление составляют ~10 ГГц/(Н/мм) и 2,5×104 (Н/мм) соответственно. Высокая частота и стабильность генерируемой СВЧ составляющей оптоэлектронного генератора обеспечивают чрезвычайно надежное и высокоточное измерение. Частотный опрос позволяет системе работать на высокой скорости. Кроме того, измерения нечувствительны к изменениям температуры окружающей среды и длины волны оптической несущей.
Ключевые слова: поперечное давление, волоконно-оптический датчик, волоконная брэгговская решётка с фазовым сдвигом, двулучепреломление, оптоэлектронный генератор, двухчастотный оптический сигнал с разностной частотой СВЧ диапазона
05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
В настоящей статье рассмотрены современное состояние и основные проблемы неразрушающих методов контроля рабочих лопаток турбомашин, определены области применения неразрушающих методов контроля в проточной части турбомашин. Рассмотрены основные методы контроля; определены причины, ограничивающие возможности данных методов; определены геометрия лопаток, параметры потока, основные дефекты; рассмотрены горячий и холодный пуск; проанализированы газодинамические методы контроля; определены акустические методы контроля, системы сканирования среза сопла; проведен анализ систем способных осуществлять контроль работоспособности проточной части турбомашин; обозначены математические модели, описывающие акустические процессы в проточной части турбомашин и пути их совершенствования. Проанализировано современное состояние работ по созданию методов и средств контроля, нацеленных на улучшение метрологических характеристик и расширение функциональных возможностей акустического метода неразрушающего контроля рабочих лопаток проточной части турбомашин на срезе сопла. Для контроля рабочих лопаток проточной части турбомашин необходимо пользоваться информативными и достоверными параметрами в комплексной структуре их понимания. Дефекты в рабочих лопатках проточной части турбомашин обнаруживаются в эксплуатации при осмотрах различными приборами, поэтому развитие минимального дефекта до максимально возможного может произойти за короткий временной интервал, что приведет к аварийной ситуации. Существующие средства штатного контроля прогар лопаток не выявляется из-за своей глубины залегания или секторности, по причине того, что дефекты неподвижных частей ничтожно мало влияют на вибрационные характеристики двигателя в целом. Тогда как дефекты в подвижных частях можно выявить и датчиками вибрации.
Ключевые слова: распределенные волоконные системы, аэроакустичес-кий контроль, акустическое поле, моделирование процессов, восстановление
05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий
Настоящая статья посвящена разработке и исследованию распределенных волоконных систем аэроакустического контроля параметров газовоздушного потока на срезе сопла турбомашин. Основной акцент сделан на разработке и исследованию распределенных волоконных систем на основе методов контроля использующие мультиплексированные волоконно-оптические датчики контроля параметров газовоздушного потока на срезе сопла турбомашин, использующих преимущества оптических методов передачи информации и устройство для его реализации. Определены принципы построения комплексных систем аэроакустической картографии, дополненных методами и средствами измерений газодинамических параметров потока в проточной части и на срезе сопла турбомашин, направленных на повышение информативности и уровня алгоритмизации неразрушающего контроля состояния рабочих лопаток и обеспечивающих получение данных в условиях параметрической и структурной неопределенности газовоздушного потока как по контролируемым внутренним сечениям проточной части, так и по выходному сечению на срезе турбомашины. Рассмотрены задачи размещения точек контроля и восстановления пространственного распределения поля по измерениям в дискретной совокупности точек по отдельности. Восстановление акустического поля турбомашин реализуется по данным измерений на выходе ВОД, только используя статистический подход. Восстановление поля представлено в виде непрерывных функций пространственных координат по результатам измерения в дискретной совокупности точек при наличии априорной информации о свойствах измеряемых полей. Использованы статистические подходы для определения координат датчиков и погрешности восстановления на примере одной модельной задачи контроля поля излучения, создаваемого непрерывным монопольным излучателем. Результаты расчетов показывают, что наличие корреляции между коэффициентами разложения поля излучения по функциям, приводит к уменьшению, необходимое для достижения заданной точности восстановления числа датчиков.
Ключевые слова: распределенные волоконные системы, аэроакустичес-кий контроль, акустическое поле, моделирование процессов, восстановление
05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
В статье описано применение аппарата высокоинтенсивной магнитной стимуляции (ВМС) у пациентов с саркопенией, перенесших тотальное эндопротезирование коленного сустава. С этой целью использовали магнитный стимулятор «Нейро-МС» и электроэнцефалографическую установку «Нейрон-Спектр-5». На основании электроэнцефалографии определяли доминирующий спектральный пик (ДСП) альфа-ритма и тета-ритма моторной зоны головного мозга пациента. Использование аппарата позволяет уменьшить отек, интенсивность болевого синдрома, восстановить силу мышц, увеличить объем движений в оперированном суставе.
Ключевые слова: Высокоинтенсивная магнитная стимуляция, ВМС, саркопения, тотальное эндопротезирование коленного сустава, ТЭКС
05.11.17 - Приборы, системы и изделия медицинского назначения
Был разработан метод, устройство и экспериментальная модель для контроля за охлаждением и достижением эффективных низких температур при криохирургическом лечении костных опухолей. Предложенная экспериментальная модель остаточной костной полости позволяет изучить температурное поле, определять скорость замораживания и оттаивания как при контактном способе, так и при инстилляции жидкого азота в костную полость. Полученные результаты позволяют разработать предварительные рекомендации по технике проведения криохирургической абляции костной опухоли.
Ключевые слова: криоаппликатор, экспериментальная модель, костная опухоль, криохирургия
05.11.17 - Приборы, системы и изделия медицинского назначения , 14.01.15 - Травматология и ортопедия
В настоящее время достаточно остро стоит проблема мер защиты от искажения измеряемых и вычисляемых параметров сигналами, соответствующими третьей гармонике частоты напряжения сети, которая является основным паразитным сигналом, поступающим в распределительные электросети. Целью данного исследования является разработка методики снижения искажений, вызванных третьей гармоникой частоты в распределительных электросетях. Это достигается тем, что в каждой половине периода частоты электрической сети дополнительно определяют моменты времени, соответствующие 5/6, 4/6, 2/6,1/6 его части, измеряют значение измеряемого сигнала в каждый дополнительный момент времени, суммируют значения, полученные в основной и дополнительные моменты в n смежных половинах периода, вычисляют среднее амплитудное значение сигнала за n смежных половин периодов, а среднее амплитудное значение измеряемого сигнала получают делением полученного значения на коэффициент, равный 1+√3/2+ 1/2.
Ключевые слова: погрешность измерения, распределительная электросеть, третья гармоника частоты, устройство измерения и вычисления электрических параметров
05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)
Современные системы распределенного контроля температуры используются сегодня повсеместно, в частности, в телеметрии нефтяных и газовых скважин. Так при создании для этих целей распределенного волоконно-оптического датчика температуры на основе рассеяния Рамана (РВОДТР) всегда остается актуальной задача улучшения его метрологических характеристик. Они в свою очередь определяются известным отношением ОСШ (отношения сигнала к шуму, SNR от англ. Signal-to-Noise Ratio). Для достижения поставленной цели предлагается использовать перспективный метод увеличения ОСШ в РВОДТР, основанный на кодировании зондирующего сигнала датчика кодовыми последовательностями Адамара (симплекс-кодирование). Для этого проводится численный эксперимент по реализации указанного метода кодирования с использованием модели РВОДТР и учетом шумов фотоприемного устройства (ФПУ). В статье приводятся результаты моделирования, подтверждается эффективность метода кодирования и формулируются выводы по результатам моделирования.
Ключевые слова: распределенный волоконно-оптический датчик температуры, рассеяние Рамана, фотоприемное устройство, шум, отношение сигнал-шум, кодирование оптического импульса, код Адамара, симплекс-кодирование
05.11.07 - Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы , 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)
В статье предложено использование табличного процессора для снижения трудоемкости применения метода вероятностной бумаги. По написанной методике обработаны результаты измерений. Предложены дальнейшие пути развития написанной методики.
Ключевые слова: метрологическое обеспечение, вероятностная бумага, нормальный закон распределения, OpenOffice Calc, MS Excel
В статье рассмотрено применение критериев оценки качества сегментации цифровых изображений мокроты, окрашенной по методу Циля-Нильсена для выбора оптимального параметра «сигма» вейвлет преобразования Mexican Hat. В качестве материала исследования использовались 830 цифровых изображений, полученных при микроскопии мазков мокроты. Для оценки оптимальности подбора значения параметра σ использовались: среднее число объектов, выделенных на изображениях, доля пропущенных кислотоустойчивых микобактерий на изображениях, критерий однородности и 3 комплексных критерия оценки качества сегментации изображений. Проведенный анализ показал, что при увеличении параметра σ происходит незначительное снижение значение критерия однородности. При этом увеличение параметра σ с 2,4 и более согласно комплексным критериям происходит повышение качества сегментации изображений. Таким образом, наиболее оптимальными значениями параметра σ вейвлета Mexican Hat для сегментации цифровых изображений мокроты, окрашенной по методу Циля-Нильсена, являются значения в интервале от 2,90 до 3,09.
Ключевые слова: метод Циля-Нильсена, сегментация изображений, критерии оценки качества, вейвлет преобразование, Mexican Hat
05.11.17 - Приборы, системы и изделия медицинского назначения , 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)
Обладающие многочисленными преимуществами волоконные брэгговские решетки (ВБР) привлекли значительный интерес разработчиков различных оптических систем, включая системы связи со спектральным и кодовым уплотнением, а также волоконно-оптические и радиофотонные сенсорные системы. Сложность и высокая стоимость мультиплексирования и интеррогации комплексированных волоконно-оптических датчиков (КВОД) до сих пор является основным ограничением для широкого внедрения сенсорных систем как распределенного и квази-распределенного, так и точечного типа. В данной статье предложен новый метод мультиплексирования, который использует преимущества как широкополосных волоконно-оптических, так и двухчастотных или полигармонических радиофотонных сенсорных систем. От первых взят простейший широкополосный излучатель, но не используется сложная и дорогая система спектрометрии для определения центральной длины волны ВБР. От вторых взята система регистрации на частоте биений между двумя составляющими, но не используется дорогая система генерации двух- или полигармонических систем зондирования. Параметр мультиплексирования определяется частотой разноса между двумя идентичными сверх узкополосными ВБР, которая отличается на определенную величину у каждого из КВОД и, собственно, формирует его адрес. При этом структуры на основе ВБР остаются чувствительным элементом систем. Таким образом, формируется новый класс чувствительных элементов – адресные волоконные брэгговские структуры (АВБС).
Ключевые слова: радиофотонная сенсорная система, адресная волоконная брэгговская структура, комплексированный волоконно-оптический датчик, интеррогация, мультиплексирование, две идентичные сверх узкополосные волоконные брэгговские решетки, разнос частот, адрес
05.11.07 - Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы , 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий
В данной работе показано, что доминирующим фактором, ограничивающим метрологические характеристики в реальных распределенных волоконно-оптических датчиках температуры на основе рассеяния Рамана (РВОДТР), являются шумы фотоприёмного устройства (ФПУ), которые вносят существенный вклад в процесс зашумления сигнала. Исследования проводились на примере модели РВОДТР с учетом шумов ФПУ, в качестве которого был выбран лавинный фотодиод (ЛФД). Проведен анализ основных типов шумов ЛФД, включая как основные шумы ФПУ, так и характерные только для ЛФД, оценено их влияние на отношение сигнала-шум (ОСШ). Приведены графики зависимости влияния шумов для РВОДТР, выведенные из соотношения ОСШ, и сделаны выводы о преобладании одних шумов над другими при разных условиях, исходя из их природы возникновения.
Ключевые слова: распределенный волоконно-оптический датчик температуры на основе рассеяния Рамана, лавинный фотодиод, дробовой шум, темновой шум, тепловой шум, амплитудный шум, отношение сигнал/шум, закон распределения случайных величин
05.11.07 - Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы , 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий
В данной статье предлагается статистическая модель оптоакустического преобразования в движущейся жидкой среде в присутствии наночастиц для системы неинвазивного анализа крови, так как для повышения точности измерений следует учитывать вероятностный характер распределения наноразмерных объектов в качестве контрастных агентов в потоке крови в сердечно-сосудистой системе человека уже на этапе обработки первичных данных о параметрах крови пациента. Для определения статистических характеристик составляющей звукового сигнала, сформированного конгломератом наноразмерных объектов, было проведено моделирование по методу Монте-Карло, рассчитаны основные статические характеристики и определена плотность распределения вероятности нормированной амплитуды звукового сигнала для серий численных экспериментов.
Ключевые слова: оптоакустика, оптоакустический эффект, проточная цитометрия, акустический сигнал, углеродные нанотрубки, лазерное возбуждение звука, статистический анализ
05.11.07 - Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы , 05.11.17 - Приборы, системы и изделия медицинского назначения
В статье рассмотрены данные экспериментальных исследований виброакустических характеристик кранов на железнодорожном ходу. Проведенные исследования помогли выявить идентичные закономерности в спектральном составе шума у кранов на железнодорожном ходу различных моделей, что позволяет разработать общий подход к моделированию виброакустической динамики этих узлов.
Ключевые слова: краны на железнодорожном ходу, условия труда, вредные и опасные производственные факторы
05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий
В данной статье представлен новый двухчастотный метод определения центральной частоты резонансного СВЧ-датчика для мониторинга реакций отверждения термореактивных и термопластичных смол и клеев. Результаты показывают, что может быть реализован неинвазивный, непрерывный и постоянный мониторинг диэлектрических свойств полимеров, что позволит по известным начальным условиям управлять адекватной эволюцией процесса отверждения. Примеры экспериментальных измерений во время реакции отверждения полиуретановых клеев были выбраны, чтобы проиллюстрировать действие метода. По сравнению с известными данный метод позволяет повысить отношения сигнал/шум измерений и их точность за счет проведения процедуры измерений по максимальному сигналу и в область минимальных шумов детектора огибающей. В качестве развития метода в заключении были предложены метод вариации разностной частоты и СВЧ-датчики на запрещенных зонах, что обусловлено полученными результатами только по измерению центральной частоты и существующей необходимостью проводить измерения в реальном времени и в сложной помеховой обстановке с учетом меняющейся добротности и коэффициента отражения резонансного датчика. В статье не акцентировалось внимание на простоте и стоимости реализованного устройства. Однако очевидность этого позволяет использовать систему в качестве средства контроля как за производством полимеров, так и для их лабораторных исследований.
Ключевые слова: микроволновые технологии, термореактивные и термопластичные полимеры, СВЧ-измерения, резонансный датчик, двухчастотное симметричное зондирование, огибающая биений, центральная частота, диэлектрическая проницаемость, степень отверждения
05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий
В данной статье представлен новый двухчастотный метод определения резонансной частоты, полосы пропускания, коэффициента отражения и добротности резонансного СВЧ-датчика для мониторинга реакций отверждения термореактивных и термопластичных смол и клеев. Метод получил название – метод вариации разностной частоты. Результаты показывают, что может быть реализован неинвазивный, непрерывный и постоянный мониторинг диэлектрических свойств полимеров, что позволяет по известным начальным условиям управлять адекватной эволюцией процесса их отверждения. В статье рассмотрены вопросы реализации метода при вариации как разностной, так и средней частоты зондирующего колебания, а также вариант при фиксированном зондировании, при условии, что все четыре составляющих двух двухчастотных колебаний попали в спектральную полосу СВЧ-датчика. Кроме этого представлена оценка определения погрешности измерения резонансной частоты при зондировании различных зон спектральных характеристик датчиков от 0,1 до 0,707 максимального значения отражения. Универсальность метода позволяет использовать систему измерений на его основе в качестве средства контроля как за производством полимеров, так и для лабораторных исследований
Ключевые слова: микроволновые технологии, термореактивные и термопластичные полимеры, СВЧ-измерения, резонансный датчик, метод вариации разностной частоты, огибающая биений, резонансная частота, добротность, полоса пропускания, коэффициент отражения, диэлектрическая прон
05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий
В статье представлено описание выполненной НИР, в рамках которой был исследован сухой магнитный дефектоскоп для сканирования труб СМД-Т «САТУРН», предназначенный для неразрушающего контроля основного и вспомогательного оборудования нефтегазодобывающих комплексов. В результате производственных испытаний опытного образца сухого магнитного дефектоскопа «СМД-Т «САТУРН» были определены его основные технические характеристики и уникальные свойства.
Ключевые слова: трубопровод, диагностика, магнитный дефектоскоп, вспомогательное оборудование, газонефтепровод, опытный образец, испытания, сканирование, магнитное поле
05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий
В статье представлены результаты экспериментального исследования метода и средства технического диагностирования цилиндропоршневой группы двигателя при холодной, холостой прокрутке коленчатого вала.
Ключевые слова: цилиндропоршневая группа, расход газа из картера, технические условия проведения эксперимента
05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий
Описаны особенности структуры, конструктивного и алгоритмического решения малогабаритного мобильного устройства для прямой офтальмоскопии с возможностью фотофиксации.
Ключевые слова: офтальмоскоп, офтальмоскопия, фотофиксация, глазное дно
05.11.17 - Приборы, системы и изделия медицинского назначения
Проведен анализ двумерной сканирующей линзы на основе тройной линзовой системы для лазера с длиной волны 1,06 мкм. В первом разделе обозначена сфера применения и особенности ф-тета линз. Во втором разделе даны начальные условия проектирования ф-тета объектива. В третьем разделе результаты моделирования, показаны параметры и эффективность системы для 2 вариантов построения – обычной и телецентрической. Даны характеристики кривизны поля и формы фокального пятна в рабочей зоне. Для каждой системы рассчитаны оптимальные параметры, и технические критерии для возможного применения. Показаны геометрические характеристики систем, описаны материалы линз. Получен вариант с дисторсией в 0,0035% с максимальным фокусным пятном 24.9 мкм.
Ключевые слова: система сканирования, ф-тета объектив, оптический дизайн, лазерная гравировка, гальво, маркировка
05.11.07 - Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы
Представлены основные требования к аппаратуре для бесконтактного измерения давления в передних цилиарных артериях глаза, ее структурная схема и вариант конструктивного решения.
Ключевые слова: передние цилиарные артерии, давление, измерение, офтальмопневмовазотонометрия
05.11.17 - Приборы, системы и изделия медицинского назначения
Проведено моделирование и экспериментальное исследование узкополосного фильтра на встречных стержнях. Центральная частота 1010МГц. Фильтр в дальней зоне имеетзаграждение более 100 дБ. Ширина полосы пропускания на уровне минус 3 дБ от максимума составляет 13 МГц, а потери в полосе пропускания составляют 8 дБ.
Ключевые слова: Фильтр на встречных стержнях, моделирование, эксперимент, амплитудно-частотная характеристика, полоса пропускания
05.12.04 - Радиотехника, в том числе системы и устройства радионавигации, радиолокации и телевидения
В качестве решения устраняющего недостаток проводных домашних кинотеатров – множественность сигнальных и питающих проводов – предложен способ беспроводной передачи энергии для зарядки аккумуляторных батарей боковых и тыловых динамиков на частоте 2,45 ГГц. Энергия СВЧ излучения преобразуется в энергию для заряда аккумуляторов при помощи специального приемного модуля. Приемный модуль включает в себя приемную антенну, выпрямитель и контроллер питания. В данной статье рассматриваются вопросы расчета приемной антенны для указанной системы в структуре беспроводного домашнего кинотеатра. Для проведения моделирования выбрана антенна типа Yagi-Uda, для которой определялись коэффициент усиления и ширина диаграммы направленности. В ходе первого этапа моделирования были получены параметры антенны, неудовлетворительные по ширине диаграммы направленности. На втором этапе была проведена модернизация конструкции антенны и проведено повторное моделирование, по результатам которого можно сделать вывод об улучшении указанных параметров приемной антенны в 1,5 раза, при этом коэффициент усиления увеличился на 13%.
Ключевые слова: беспроводной домашний кинотеатр, беспроводная передача энергии СВЧ, приемный модуль, антенна Yagi-Uda, упрощенный диполь Ландтофера, патч-антенна, показатель эффективности антенны, диаграмма направленности, коэффициент усиления, коэффициент отражения
Рассмотрены модели систем беспроводной связи с фазовыми форматами модуляции и различными моделями каналов; проанализировано влияние фазовых флуктуаций на уровень ошибок в каналах связи с фазовыми форматами модуляции.
Ключевые слова: Модуляция, сигнал/шум, фазовое дрожание, канал Релея, канал Райса, символьные и битовые ошибки
05.12.04 - Радиотехника, в том числе системы и устройства радионавигации, радиолокации и телевидения