Главная – Журналы – Автометрия 2017 номер 3

Построены оптимальные по быстродействию алгоритмы локализации случайных импульсно-точечных источников, имеющих равномерное распределение на интервале поиска и обнаруживающих себя генерацией в случайные моменты времени мгновенных импульсов (дельта-функций). Оптимальные поисковые процедуры обеспечивают заданную точность локализации и зависят от количества регистрирующих устройств в приёмной системе.

Предложены простые в вычислительном отношении алгоритмы оценивания локального вектора частот вещественного двумерного сигнала с медленно изменяющимися параметрами, наблюдаемого при наличии аддитивного гауссовского шума. Для уточнения грубой максимально правдоподобной оценки вектора частот используются трёхточечные алгоритмы интерполяции и сингулярное разложение матрицы размера 3 x 3 коэффициентов дискретного преобразования Фурье. Приведены результаты компьютерного моделирования, демонстрирующие эффективность алгоритмов при малых размерах анализируемого фрагмента.

Предложен метод определения трёхмерного вектора скорости потока по данным лазерных доплеровских измерений неравномерно дискретизованных компонент. Метод основан на фильтрации и линейной интерполяции измеренных компонент скорости в каналах схемы. В численном моделировании и физическом эксперименте показано, что ошибка метода не превышает 2 % и в несколько раз улучшаются результаты метода интерполяции по ближайшим точкам.

Предложен метод вихретоковых измерений, основанный на использовании возбуждающего сигнала специальной формы. Последующая цифровая обработка регистрируемого выходного сигнала делает возможным расчёт параметров измерительного датчика на различных частотах и построение экспериментального годографа системы датчик-контролируемый объект. Проведённые эксперименты для материалов с различными физическими и геометрическими характеристиками построения годографов показали, что предложенный метод обеспечивает надёжное разделение основных факторов, влияющих на результаты многочастотных вихретоковых измерений. Полученные результаты могут быть использованы в автоматизированных системах диагностики и неразрушающего контроля материалов и изделий.

Рассмотрены вопросы, связанные с идентификацией параметров и формы плотности распределения вероятности воздействующих на полезный сигнал аддитивных и мультипликативных в общем случае негауссовских помех. Представлены результаты численного моделирования методов оценки информационных параметров случайных процессов с негауссовской плотностью распределения вероятности по конечной выборке.

Предложен и протестирован алгоритм детектирования трещины на оптических изображениях, зарегистрированных при усталостных испытаниях материалов. Алгоритм предназначен для использования при автоматизации измерения параметров роста трещины и слежения за её вершиной в процессе циклического нагружения в целях перемещения оптической системы относительно поверхности исследуемого образца в «область интереса». Установлено, что координаты фрагмента изображения, содержащего трещину, могут быть определены со средней ошибкой 1,93 % от полного размера растра. Тестирование алгоритма на модельных изображениях показало, что средняя ошибка определения местоположения вершины трещины не превышает 56 пикселей.

Рассмотрены проблема синтеза изображений высокого качества в реальном времени и способ задания трёхмерных объектов на основе функций возмущения. Предложен метод рекурсивного поиска элементов изображения функционально заданных объектов с использованием графических ускорителей. Показаны преимущества такого подхода перед фрейм-буферным методом визуализации.

Предложен монохроматор, применение которого позволяет подавлять паразитное излучение лазера, доводя до уровня, требуемого для низкочастотной (<100 см^-1) спектроскопии комбинационного рассеяния света. Монохроматор имеет высокое спектральное разрешение, включает в себя малое число оптических элементов и легко встраивается в оптическую схему эксперимента. Эффект от применения монохроматора в спектроскопии низкочастотного комбинационного рассеяния света проиллюстрирован на тестовых образцах.

Создан метод увеличения точности работы круговой лазерной записывающей системы при записи крупногабаритных дифракционных оптических элементов в полярной системе координат и представлены результаты его использования. Предложен и исследован алгоритм коррекции ошибок позиционирования в процессе записи на круговой лазерной записывающей системе, разработанной в Институте автоматики и электрометрии Сибирского отделения РАН. Показаны изготовленные с использованием разработанного метода высокоточные дифракционные оптические элементы и результаты применения этих элементов для контроля асферического зеркала диаметром 6,5 м нового космического телескопа «Джеймс Уэбб».

Определена потенциальная точность методов лазерной доплеровской анемометрии для режима одночастичного рассеяния, когда единственным мешающим фактором является дробовой шум, порождаемый самим оптическим сигналом. Задача решена на основе методологии максимального правдоподобия с использованием компьютерного моделирования. Исходными параметрами для моделирования выбраны: число реальных или виртуальных интерференционных полос в измерительном объёме анемометра, частота дискретизации сигнала и ряд типичных значений отношений сигнал/дробовой шум. В качестве оцениваемых параметров взяты: доплеровская частота как основной параметр, несущий информацию о скорости процесса; амплитуда сигнала, содержащая информацию о размерах рассеивающих частиц и их концентрации; момент появления частиц в центре измерительного объёма анемометра, знание которого необходимо при восстановлении реализации скорости исследуемого потока как функции времени. Полученные оценки показали очень слабое влияние дробового шума (0,004-0,04 %) на точность определения частоты во всём диапазоне задаваемых значений исходных параметров. Для амплитуды сигнала и момента появления рассеивающих частиц в центре измерительного объёма вносимые дробовым шумом погрешности лежат в диапазоне 0,2-3,5 % и при достаточно большом числе интерференционных полос (>20) не превышают 0,2 % независимо от уровня дробового шума.

Исследуется нерадиационный (ферстеровский) перенос энергии между J-агрегатом красителя и близко расположенными наночастицами, обладающими свойствами двухуровневых систем. Наночастицы могут быть квантовыми точками (КТ) или сферически-симметричным пакетом атомов. Для описания динамики процесса выведены уравнения, характеризующие динамику матрицы плотности в двухуровневой среде и эволюцию экситонных импульсов в протяжённом квазиодномерном J-агрегате красителя. Показано, что в системе реализуется эффективный управляемый резонансный перенос энергии, запасённой в КТ, который проявляется в усилении экситонных импульсов. В свою очередь, возможен обратный процесс переноса энергии экситонов в частичную инверсию двухуровневых переходов КТ. Результаты работы подтверждаются известными из литературы экспериментальными данными.

Представлены результаты измерения поверхностного потенциала и времени пребывания атомов Rb и Na на поверхности молибденового стекла марки С-52. Обнаружено, что при температурах меньше температуры стеклования зависимость времени пребывания атомов Rb от температуры хорошо описывается формулой Аррениуса. Измерены поверхностные потенциалы, которые составили 0,67 и 1,37 эВ для Rb и Na соответственно. Выявлено, что при температурах выше температуры стеклования время пребывания данных атомов аномально возрастает. Это обусловлено тем, что при столкновении атома с поверхностью расплавленного стекла он может проникнуть в объём стекла, а затем посредством диффузии вернуться назад и десорбироваться с поверхности. В таком случае время пребывания атома на стекле определяется диффузионным временем и может быть очень значительным, несмотря на относительно низкий потенциальный барьер на поверхности и высокую температуру.

Предложен метод восстановления цифровых голограмм, получаемых при малых углах между интерферирующими волновыми полями. Рассматривается способ получения информации о фазе волнового фронта, отражённого от объекта.

Установлена возможность создания ёмкостного акселерометра для измерения сверхвысоких ускорений (до 10⁶g и более). Показано, что введение в межэлектродный зазор тонкой плёнки электрета с высоким потенциалом поверхности позволяет значительно расширить частотный и амплитудный диапазоны регистрации ускорений при уменьшении размера устройства по сравнению с известными МЭМС-акселерометрами сверхвысоких ускорений. Создана математическая модель электретного акселерометра для сверхвысоких ускорений и проведён анализ основных закономерностей его функционирования.

Исследование морфологии поверхности эпитаксиальных плёнок BaF₂, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии в различных режимах роста на поверхности CaF₂/Si(100), проведено методом атомно-силовой микроскопии. Слои CaF₂ получены на подложке Si(100) в низкотемпературном режиме роста (Ts = 500 ^oС). Определены технологические режимы роста сплошных с гладкой поверхностью плёнок BaF₂ на СaF₂/Si(100), пригодных в качестве буферных слоёв для последующего роста слоёв PbSnTe или других полупроводников типа А₄В₆ и твёрдых растворов на их основе.