Вісник Київського політехнічного інституту. Серія Приладобудування

ВИКОРИСТАННЯ ПЛАТФОРМИ RED PITAYA В ТЕХНОЛОГІЇ ПРОТОТИПУВАННЯ АВТОМАТИЗОВАНИХ СИСТЕМ ВИХРОСТРУМОВОГО КОНТРОЛЮ

Олександр Левченко — 2023-12-27

Автоматизований вихрострумовий неруйнівний контроль відіграє важливу роль у системі контролю якості виробів з електропровідних матеріалів як на етапі виробництва, так і під час їх експлуатації. Поява нових сплавів, ускладнення геометрії виробів та умов контролю, підвищення вимог щодо достовірності та вірогідності результатів контролю стимулюють прискорення процесу створення нових засобів вихрострумового контролю. Технологія прототипування дає змогу вирішити це завдання. Метою статті є аналіз функціональних можливостей та технічних характеристик Red Pitaya для використання в технології прототипування засобів вихрострумового контролю, а також створення на її основі архітектури прототипу автоматизованої системи вихрострумового контролю.
Вибір платформи Red Pitaya як зручного інструменту для прототипування автоматизованих систем був зроблений завдяки її функціональності, надійності та доступності. В цілому, стаття висвітлює переваги та перспективи використання платформи Red Pitaya в прототипуванні автоматизованих систем вихрострумового неруйнівного контролю. Детально розглянуто аспекти апаратного забезпечення Red Pitaya та його можливості для розширення функціоналу, що дає змогу створювати високоефективні та гнучкі системи контролю. Розглянуто питання сумісності Red Pitaya з іншими пристроями та аксесуарами, що значно підвищують її універсальність та адаптивність до різних вимог та застосувань.
В статті наголошено на важливості використання в сукупності з Red Pitaya застосунку Jupyter Notebook як зручного інструмента для розроблення програмного забезпечення. Це сприяє полегшенню процесу створення та програмної реалізації складних алгоритмів опрацювання сигналів у системах вихрострумового контролю, забезпечує гнучкість у створенні нових програмних продуктів.
Сучасні тенденції та перспективи розвитку вихрострумового контролю, потреби ринку та можливість адаптації до різних сценаріїв застосування враховані в запропонованій архітектурі прототипу автоматизованої системи вихрострумового контролю.

АВТОМАТИЗОВАНИЙ РОЗРАХУНОК ОРТОСКОПІЧНИХ АСФЕРИЧНИХ ДЗЕРКАЛЬНИХ ОБ’ЄКТИВІВ КОРША ДЛЯ НАНОСУПУТНИКІВ

Вячеслав Сокуренко — 2023-12-27

У даній роботі представлено результати автоматизованого параметричного синтезу серії ортоскопічних асферичних оптичних систем дзеркальних об’єктивів з різною фокусною відстанню, побудованих за схемою Корша. З метою забезпечення компактності конструкції розглянуті об’єктиви містять по три дзеркала з асферичними поверхнями другого порядку та три нахилених пласких дзеркала. Отримані оптичні системи мають фокусну відстань від 480 мм до 960 мм, кутове поле зору від 1,2° до 2,4°, діафрагмове число від 6 до 12, вхідну апертуру діаметром 80 мм та осьову довжину не більшу за 170 мм, що не перевищує розмір CubeSat 2U.
У всіх розглянутих системах максимальний лінійний розмір чутливої площадки приймача зображення дорівнює 20 мм. Синтезовані дзеркальні системи не мають хроматичних аберацій, що дозволяє отримувати зображення у видимому та декількох інфрачервоних піддіапазонах. Наведені результати абераційного аналізу свідчать про високу якість зображення отриманих оптичних систем. Зокрема, для довжини хвилі 0,546 мкм значення дифракційних модуляційних передавальних функцій в меридіональній та сагітальній площинах по всьому полю у всіх системах перевищують 0,53 для просторової частоти 30 мм-1 та 0,3 для просторової частоти 50 мм-1.
Максимальне значення відносної дисторсії розрахованих об’єктивів становить 0,005 %, що в абсолютній мірі відповідає зміщенню 0,5 мкм. Представлені об’єктиви здатні охопити смугу спостереження земної поверхні з лінійним розміром від 12,6 до 25,1 км з висоти траси супутника 600 км. При використанні багатоелементного приймача випромінення з розміром пікселів 5 мкм та досягненні дифракційно-обмеженої якості зображення об’єктивів як геометрична, так і дифракційна межа розділення на земній поверхні не перевищуватимуть 10 м.

КОМП’ЮТЕРНІ МОДЕЛІ ЛАМП РОЗЖАРЮВАННЯ

Ігор Кравченко — 2023-12-27

Статтю присвячено дослідженню існуючих та розробці нових комп’ютерних моделей напівсферичного та нормального спектрального коєфіцієнту випромінення оптичних ламп розжарювання.
Оптичні лампи (tungsten halogen quarts filament electric lamp, FEL) сьогодні залишаються розповсюдженим джерелом випромінювання в різноманітних оптико-електронних системах. Вони забезпечують випромінення в ультрафіолетовому, видимому, ближньому ІЧ-А (IR-A, NIR) та середньому ІЧ-В (IR-B, SWIR) інфрачервоному діапазонах спектру та мають типові колірні температури 2300 К, 2850 К, 3200 К.
Проведено аналіз двох груп існуючих моделей FEL. Моделі першої групи орієнтовані в першу чергу для існуючих установок калібрування та атестації оптико-електронних систем. Моделі другої групи є більш універсальними та «повними». Вони відтворюють поелементно структуру модельованої оптико-електронної системи та використовують фізичні та конструктивні параметри значущих елементів модельованої системи.
Для всіх типів моделей температурних джерел базовими є формула Планка або наближення Віна. Існуючі моделі розроблені для видимого діапазону та діапазону 0.34 мкм – 2.6 мкм для температур 1600 К – 2800 К, що не враховує всі можливості сучасних FEL.
Метою роботи є дослідження відомих моделей та поліноміальних моделей для застосування в розрахунках сучасних оптичних ламп з температурами 2300 К – 3200 К в широкому діапазоні довжин хвиль, включно з ультрафіолетовим, IR-A, IR-B.
Проаналізовано точність та модифіковано параметри моделей Ларабі та Пона. Отримані залежності забезпечують підвищення точності в 1.4 – 4 рази.
Проаналізовано точність та економічність поліноміальних моделей нормального спектрального коєфіцієнту випромінення в ультрафіолетовому, видимому, IR-A та IR-B діапазонах спектру. Розраховані коєфіцієнти моделей за критерієм мінімізації середньоквадратичного відхилення. Показано, що за критерієм середніх похибок в діапазоні 0.23 мкм – 2.7 мкм всі залежності мають похибку менше за 5 % у всьому діапазону та забезпечують мінімум 5 вірних знаків. За критерієм максимальних похибок з відносною похибкою в 5 % не можуть бути застосовані лінійні вирази, а похибку менше 1 % забезпечують тільки кубічні поліноми. Сформовано комбіновану поліноміальну модель, яка забезпечує методичну похибку наближення менше 1 % по всіх спектральних піддіапазонах, а у видимому діапазоні 0.3 мкм – 0.94 мкм – менше 0.5 %.
Визначені часові витрати моделей та сформовані комбіновані моделі для застосування в процесорних системах з обмеженими обчислювальними можливостями.

АНАЛІЗ ПОХИБОК КАЛІБРУВАННЯ ТЕЛЕВІЗІЙНОЇ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ АВТОМОБІЛЕМ

Вячеслав Стаднічук — 2023-12-27

Калібрування камери є критичним методом для додатків 3D вимірювання на основі 2D-зображень. Внут-рішні параметри камери, такі як головна точка і головна відстань, визначаються в процесі калібрування. Го-ловна точка є перетином оптичної осі камери і площини зображення, а головна відстань вимірюється від центра лінзи до головної точки.
В даній статті теоретично досліджено похибки калібрування камери в двох опорних площинах з ураху-ванням різних умов, наприклад, зміщення опорної площини та зміни головних відстаней. Для оцінки похибок використовувалися помилки визначення координат опорних точок на зображенні.
Похибка оцінки головної відстані і головної точки формулюється за допомогою аналітичних рівнянь, а ре-зультати порівнюються з результатами моделювання. Це дозволяє підтвердити ефективність запропонова-них формул.
Дослідження показало, що в результаті зміщення опорної площини та змін головних відстаней виникають похибки калібрування. Отримані результати важливі для вдосконалення методів калібрування камери і поліп-шення точності 3D вимірювань на основі 2D-зображень.
Ця стаття розширює розуміння похибок калібрування камери та надає нові теоретичні підходи до їх оці-нки. Результати дослідження можуть бути корисними для науковців і практиків, які працюють у галузі ком-п'ютерного зору, обробки зображень та 3D-вимірювань.

ЧОТИРОКОМПОНЕНТНІ ЗУМ-АФОКАЛЬНІ СИСТЕМИ ЗУМ- ТРАНСФОКАТОРІВ НИТЯНИХ ДАЛЕКОМІРІВ

Карина Лазаренко — 2023-12-27

Проблема, що розглядається в дослідженні, полягає в параметричному синтезі зум-афокальних оптичних систем трансфокаторів для вимірювальної техніки, зокрема далекомірів нитяного типу. Метою дослідження є розробка універсального аналітичного алгоритму, який може бути автоматизований комп'ютерно, для розрахунку оптичних і габаритних параметрів компонентів чотирикомпонентних лінзових зум-афокальних систем трансфокаторів.
Методика реалізації має уявне представлення зум-афокальної системи як послідовності тонких компонентів. За допомогою системи рівнянь, де оптичні сили компонентів і відстані між ними є невідомими, визначаються значення цих величин, які забезпечують потрібний діапазон кутового збільшення та нульову оптичну силу афокальної системи. Водночас, оптичні сили компонентів і їх відношення повинні мати додатні значення
відстаней між компонентами. Розрахунок світлових діаметрів компонентів здійснюється з урахуванням допустимого він'єтування променевого пучка від краю поля зору за допомогою визначення кутів і висот нульових променів на компонентах системи.
Результати дослідження включають аналітичні залежності, які дозволяють визначати оптичні сили компонентів та їх взаємне розташування для всього діапазону зміни кутового збільшення на основі вихідних даних. Дослідження показало, що перший компонент має найбільший світловий діаметр, який досягає максимального значення при наближенні до максимального кутового збільшення у заданому діапазоні.
Отримані результати дають можливість виконувати параметричний синтез чотирикомпонентних зум-афокальних систем в аналітичній формі з урахуванням вимог до їх габаритів, діапазону зміни кутового збільшення і допустимого він'єтування променевих пучків від краю поля зору.

МОДЕЛЮВАННЯ РОЗПОДІЛУ ТЕМПЕРАТУРНИХ ГРАДІЄНТІВ ПРИ ВЗАЄМОДІЇ ЛАЗЕРНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ З БІОЛОГІЧНОЮ ТКАНИНОЮ

Богдан Баталія — 2023-12-27

Моделювання теплових градієнтів у біологічних тканинах, при взаємодії з лазерним випромінюванням допомагає зрозуміти, як теплові потоки розподіляються в організмі та відображають зони нагрівання. Основні аспекти моделювання включають в себе параметри лазерного джерела, такі як довжина хвилі та потужність, початкові температурні умови тканин, а також використання спеціальних чисельних методів, які допомагають оптимально вирішувати рівняння теплопровідності та візуалізувати отримані результати. Роз-поділ температури в тканинах грає важливу роль у визначенні ефективності та безпеки лазерного лікування. Це дозволяє підібрати ефективні параметри лазерного випромінювання та режими опромінення для досягнення бажаного результату без негативних наслідків для пацієнта. Однак важливо враховувати, що реальна поведінка тканин у відповідь на лазерне випромінювання може бути складнішою через фізіологічні особливості кожної людини. Тому всі моделі та розрахунки повинні враховувати цю особливість і різноманітність, а також норми безпеки. Лазерне лікування повинно проводитися під контролем кваліфікованих фахівців, зокрема лікарів, які мають відповідні знання і досвід у галузі медицини. Такий підхід допомагає забезпечити безпеку та ефективність лазерних процедур для пацієнтів. Моделювання розподілу теплових градієнтів тканин при взає-модії з лазерним випромінюванням грає важливу роль у розвитку сучасної медицини та наукових дослідженнях та забезпечує ефективність порівняно з отриманими експериментальними даними. Воно допомагає покращити розуміння теплових процесів у біологічних тканинах і забезпечити безпеку пацієнтів, що отримують лазерне лікування. В даній роботі проведено експерименти з впливу лазерного опромінення на біологічну тканину, а також моделювання змін температурних градієнтів при впливі лазерного опромінення на біологічну тканину, використовуючи різні моделі тепломасообміну, за допомогою програмного середовища Matlab. В результаті моделювання в даній роботі отримані картини змін градієнтів температур, які порівнюють з експериментально отриманими даними, а також проаналізовані похибки моделей Пеннеса та методів кінцевих елементів, кінцевих різниць.

ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ВЛАСТИВОСТІ ЦЕМЕНТІВ ДЛЯ ФІКСАЦІЇ ОРТОПЕДИЧНИХ КОНСТРУКЦІЙ

Олексій Яненко — 2023-12-27

Статтю присвячено результатам дослідження електромагнітних властивостей групи стоматологічних матеріалів - фіксувальних цементів, які відносяться до діелектричних матеріалів. В практиці ортопедичної стоматології застосовуються різноманітні конструкції для протезування та відновлення дефектів зубних рядів пацієнтів. В більшості своїй це протези незнімної конструкції, які після декількох підготовчих етапів встановлюються на постійне місце з використанням того чи іншого цементу. Зазвичай ортопедична конструкція та фіксуючий цемент при подальшому використанні фізично контактують як з твердими, так і з м’якими тканинами пацієнта.
Оскільки діелектричні матеріали за температури тіла людини 310 К формують власне електромагнітне випромінювання (ЕМВ), то важливим є забезпечення електромагнітної сумісності їхнього ЕМВ з прилеглими до імплантанта біотканинами для виключення появи ускладнень при їх довготерміновому використанні.
Також проводились теоретичні та експериментальні дослідження матеріалів ЕМК з арсеналу щелепно-лицевої реконструктивно-відновної хірургії. У деяких матеріалах були виявлені значні відхилення ЕМС. Наукові результати експериментальних досліджень та відповідні рекомендації викладені в ряді авторських публікацій як в Україні, так і за кордоном.
Метою даного дослідження є визначення радіаційної здатності цементів як матеріалу, що широко використовується в стоматологічній практиці, і оцінка рівня їх електромагнітної сумісності з контактуючими біологічними тканинами.
У статті наведено методику та матеріали проведених експериментальних досліджень. Електромагнітне випромінювання двох з п’яти фіксуючих цементів, що досліджували, ідеально збігаються з ЕМВ навколишніх тканин, одного – на 60 %, ще одного – на 32 % і останнього з досліджуваних матеріалів – на 20 %.У статті наведено структурну схему системи визначення ЕМВ цементів для фіксації ортопедичних конструкцій при їх викори-
станні пацієнтом. Результати дослідження можуть бути використані лікарями для вибору більш сумісних фіксувальних матеріалів.

ОЦІНКА ТА КОНТРОЛЬ ПРОНИКАННЯ ЛІКАРСЬКИХ РЕЧОВИН В БІОЛОГІЧНІ ТКАНИНИ ПІД ДІЄЮ МАГНІТНОГО ПОЛЯ

Роман Рогожніков — 2023-12-27

Досліджено та системно проаналізовано процеси оцінки та контролю проникнення лікарських речовин в біологічні тканини під дією магнітного поля.
Основною задачею роботи є вдосконалення методів оцінки проникнення магнітного поля та лікарських речовин в біологічні тканини. Приведено математичну модель оцінки глибини проникнення лікарських речовин в біологічне середовище та експериментальні дослідження впливу параметрів магнітного поля на глибини про-никнення лікарських речовин в біологічні тканини, з подальшим аналізом результатів. Детально розглянуто особливості математичної моделі проникнення лікарської речовини через кліткову мембрану та враховані фактори фізичних властивостей мембрани, параметрів магнітного поля, впливу змін температур та концентрація іонів. Запропонована модель дозволяє ефективно враховувати взаємодію різних факторів із значенням магнітної індукції. Висвітлено вплив дифузійних процесів для регулювання обміну речовин у клітинних системах та розглянуто їхню роль у прониканні лікарських речовин через шкіряні покрови. Представлено модель, що описує проникнення лікарських речовин в біологічні тканини через параметри магнітної індукції. Зазначено, що дослідження проникнення лікарських речовин в біологічні тканини є важливим для фармацевтичних досліджень та розробки нових методів доставки лікарських препаратів. Модель, представлена в роботі, може слугувати потужним інструментом для оптимізації параметрів систем магнітної терапії та поліпшення ефективності лікування.
Представлена методика дослідження проникнення лікарських речовин та проведення експериментів з оцінкою, вимірюванням глибини проникнення. Отримані результати досліджень можуть бути використані для подальшого вдосконалення методів магнітної терапії та розробки нових лікувальних стратегій.

МЕТОД АВТОМАТИЗОВАНОГО ВИЗНАЧЕННЯ РАННІХ ОЗНАК ЛЕГЕНЕВОЇ ГІПЕРТЕНЗІЇ

Тетяна Клочко — 2023-12-27

Актуальною проблемою сучасних діагностичних методів медицини є розвиток неінвазивних методів, що використовують системи обробки інформаційних сигналів від біологічного об’єкта дослідження. Доцільним технічним рішенням подібних проблем є застосування штучного інтелекту в системах і комплексах, що поєднують функції діагностування за параметрами порушення фізіологічного стану пацієнта.
Наслідками розвитку фізіологічних патологій в організмі людини, як патології серцево-судинної системи, є можливість виникнення легеневої гіпертензії та її різновидів, які залежать від особливостей гемодинаміки малого кола кровообігу, підвищення тиску в легеневому колі кровообігу. Ці особливості захворювання можуть призводити до розвитку легеневої артеріальної гіпертензії.
Запропоновано для реалізації методу застосування ланцюгу зворотного зв’язку. Таким чином, принцип зворотного зв'язку надає можливості реалізації програми, яка обраховує вимірювані значення параметрів функціонального стану пацієнта, а надалі порівнює з межовими значеннями цих параметрів для отримання заключного висновку та надання результатів одночасно і лікареві, і користувачеві.
З отриманих результатів видно, що час отримання попередніх результатів діагностики за запропонованою схемою реалізації методу в десятки разів швидший за умови використання методу зворотного зв’язку ніж у традиційно застосованих методів. Запропоновано основні критерії надійності та швидкодії роботи визначення критичних ситуацій за допомогою розроблених алгоритмів реалізації методики визначення ранніх ознак
легеневої гіпертензії та її наслідків.
Важливо відмітити, що незважаючи на те, що результати отримуються надзвичайно швидко, кінцевий діагноз визначає лікар на основі власних спостережень та аналізу плинного стану пацієнта.
Запропоновані алгоритми реалізації методу, які застосовують принципи роботи портативного комплексу на основі монітору для отримання плинних характеристик стану пацієнта та передачі їх в режимі використання принципів телемедицини для визначення діагнозу.
Отримані в роботі принципи функціонування автоматизованих систем діагностики, які призначені для моніторингу можуть бути підґрунтям для створення в подальшому нових методів та вдосконалення систем автоматизованої діагностики та визначення ранніх ознак порушень функціонального стану пацієнта засобами діагностики.

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ЛАЗЕРНИХ МЕДИЧНИХ ПРИЛАДІВ З ВОЛОКОННО-ОПТИЧНИМИ СВІТЛОВОДАМИ В УМОВАХ ЗОВНІШНІХ ТЕРМІЧНИХ ДІЙ

Ірина Яценко — 2023-12-27

Дослідження впливу керованих параметрів електронного променю (густини теплового впливу Fn та швидкості переміщення (сканування) вздовж оброблюваної поверхні V) на такі важливі параметри якості торцевих поверхонь світловодів, як їх чистота та мікрошорсткість, що надають суттєвий вплив на коефіцієнт пропускання ІЧ-випромінювання kl, нині обмежені. Тому метою даної роботи є встановлення закономірностей впливу керованих параметрів електронного променю, визначення оптимальних діапазонів їх застосування, які не призводять до руйнування оброблюваних торцевих поверхонь світловодів з оптичного скла (К8, БК10) та максимально збільшують коефіцієнт ІЧ-пропускання шляхом зростання їх чистоти та зменшення мікрошорсткості, що дозволяє підвищувати ефективність приладів в умовах зовнішніх термічних дій.
Дослідження термічної дії електронного променю на елементи з оптичного скла були проведені на спеціалізовану електронно-променеву обладнанні, захищеному патентами України. Для проведення експериментальних досліджень використовувались сучасні методи фізико-хімічного аналізу. Отримані експериментальні дані оброблювались в режимі діалогу та реального часу на ПК з використанням сучасних методів математичної
статистики та стандартних прикладних програм, при цьому відносна похибка вимірювання розглядуваних параметрів не перевищує 5…7 %.
Проведено експериментальні дослідження та встановлено оптимальні діапазони зміни параметрів електронного променю (густина теплової дії Fn = 3∙106…7∙108 Вт/м2; швидкості сканування V = 6∙10-3…4∙10-2 м/с), в межах яких спостерігається найбільш істотне покращення параметрів якості оброблюваних торцевих поверхонь світловодів (підвищення чистоти поверхонь та зменшення їх мікрошорсткості), що призводить до збільшення спектрального коєфіцієнта пропускання ІЧ-випромінювання. В результаті зростає гранично допустима дальність розповсюдження лазерного випромінювання у світловодах та забезпечує більш якісну діагностику, терапевтичне та хірургічне лікування, що сприяє підвищенню ефективності лазерних медичних приладів, особливо, при їх експлуатації з врахуванням зовнішніх термічних дій.

МОДЕЛЮВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ГЛУШНИКА В ВЕНТИЛЯЦІЙНИХ КАНАЛАХ ВЕНТИЛЯТОРІВ

Наталія Стельмах — 2023-12-27

Під час тривалого спостереження за роботою апарату штучної вентиляції легень (ШВЛ) моделі ЮВЕНТ-Т було помічено порушення повторюваності за однакових умов роботи. Тобто, на деяких апаратах саме цієї моделі датчик потоку повітря за однакових умов показував різні значення при повторюванні вимірювань. Шляхом експериментів було встановлено, що це викликано нерівномірністю потоку повітря всередині вентиляційних
каналів апарату ШВЛ, яка спричинена конструкцією встановлених там глушників. Одним із напрямків досягнення мети в роботі було запропоновано проєктування глушників різних внутрішніх конфігурацій, які будуть мати різну пропускну здатність і відповідно формуватимуть потік повітря різної інтенсивності.
Стаття висвітлює процес дослідження та моделювання потоку повітря у вентиляційних каналах ШВЛ апарату внаслідок виготовлення кількох тестових варіантів конструкцій глушників, які мали б вирішити проблему різних показників вимірювань потоку. Основна ідея полягала в зміні кількості та розмірів отворів глушників. Вочевидь, п’ять отворів з діаметром 2 мм занадто сильно розсіювали потік повітря, через що був підвищений ризик турбулентності потоку повітря, що і могло спричинити нерівномірність його вимірювань. Тому на всіх нових глушниках діаметр отворів було зменшено до 1 мм, але збільшено їх кількість в 2 рази. Загалом отримано 6 варіантів конструкції. Всі 6 варіантів було спроектовано в САПР SolidWorks, а також здійснено моделювання потоку для тестових моделей. За результатами вимірювань потоку повітря були отримані графічні залежності для кожного із зразків глушника, а саме інтеграл абсолютної похибки вимірювання потоку, інтеграл потужності шуму потоку, інтеграл потужності акустичного шуму та максимальна абсолютна похибка вимірювання параметрів потоку.
У подальшому запропоновано розробити математичну модель ламінарного потоку повітря в апараті ШВЛ з урахуванням нових конструкцій глушників, а також створити програмне забезпечення для проведення тестування згідно розроблених алгоритму та моделі. Провести експериментальне тестування спроєктованих глушників, а також виконати оцінку результатів експерименту.

АЛГОРИТМ ВИЗНАЧЕННЯ ОБСЯГІВ ВТРАТ ПРИРОДНОГО ГАЗУ ЗА УМОВИ ВИМІРЮВАННЯ ЙОГО ПАРАМЕТРІВ НА ВИХОДІ ГАЗОПРОВОДУ

Федір Матіко — 2023-12-27

Газопровідні мережі є складними розподіленими системами, які складаються з сотень кілометрів трубопроводів різної конфігурації. Забезпечення усіх ділянок газопроводів засобами обліку газу та вимірювання параметрів газу, які б дали можливість швидко виявляти пошкодження газопроводів та визначати обсяги втрат газу, вимагає великих коштів, внаслідок чого значна частина газопроводів і транспортних, і розподільних не обладнані засобами вимірювання. Тому розроблення алгоритмів, які дозволять оцінити обсяги втрат газу на основі інформації з наявних вимірювальних станцій без реконструкції газотранспортних мереж є надзвичайно важливим завданням.
В роботі представлено удосконалену авторами математичну модель стаціонарного режиму руху природного газу в газопроводах, яка враховує зміну швидкості потоку по довжині газопроводу. Цю модель доповнено рівнянням для обчислення витрати газу, що витікає в атмосферу через отвір пошкодження надземного газопроводу. Для визначення коєфіцієнта витрати застосовано розроблене авторами рівняння, яке для діапазону
тиску в газопроводі від 0,1 до 1,2 МПа забезпечує обчислення коєфіцієнта витрати з методичною похибкою не більше 1,7 %. На основі отриманих математичних моделей розроблено алгоритм розрахунку обсягу втраченого через пошкодження газу для конфігурацій газопроводу з пунктами вимірювання параметрів газу на виході газопроводу. Виконано апробацію розробленого алгоритму та представлено приклад його застосування для аналізу розподілів тиску та температури газу у газопроводі з наявним пошкодженням. Представлено результати моделювання процесу витікання газу через пошкодження газопроводу та ітераційного уточнення параметрів газу в місці пошкодження газопроводу, а також результати обчислення витрати газу через пошкодження.
Застосування розробленого алгоритму дає можливість підвищити точність визначення обсягів втрат газу через пошкодження газопроводів, а його апаратна реалізація в перспективі дасть можливість зменшити час виявлення пошкоджень, їх локалізації та усунення.

ВИЗНАЧЕННЯ КОЄФІЦІЄНТА ТЕМПЕРАТУРОПРОВІДНОСТІ а ІМПУЛЬСНИМ МЕТОДОМ ДЛЯ НАПІВОБМЕЖЕНОГО СТРИЖНЯ

Олександр Шевченко — 2023-12-27

У статті наведено методику та аналітичну формалізовану модель розрахунку коєфіцієнта температуропровідності твердих тіл із використанням номограм змін температури.
Метою роботи є зменшення обсягів обчислювальних розрахунків та спрощення формул внаслідок використання графічних номограм. При використанні комп’ютерної техніки збільшується кількість змінних. Використання методів теорії подібності та теорії узагальнених змінних із використанням номограм дозволяє уніфікувати розрахунки та краще зрозуміти зв'язок сформульованих задач з реальними фізичними процесами.
Автору невідомі приклади розв’язку обернених задач теплопровідності з використанням узагальнених змінних. Відповідно до прийнятої класифікації, задача розв'язується в граничних умовах 1-го роду, в яких температура поверхні задана як функція часу. Більш простим вважається випадок, коли поверхня тіла залишається постійною протягом усього процесу теплообміну. Це досягається за допомогою спеціальних пристроїв,
які підтримують постійну температуру напівобмеженого стрижня з теплоізоляцією бічної поверхні. Відомим є [1] розв’язання прямої задачі теплопровідності, що здійснюється трьома методами: класичним, операторним та методом перетворення Фур’є. Теорія регулярного режиму розглядає [2] процес охолодження або нагрівання протягом не всього часу, а лише на стадії, що не впливає на початковий стан об’єкту. Не всі способи імпульсного нагріву відносяться до цих видів регулярного режиму, але його можна використовувати завдяки простій формі експоненти. Запропонований метод у цій роботі не відноситься до методів штатного режиму.
Це досягається розв’язуванням оберненої задачі за допомогою розробленої графічної номограми. У роботі викладено методику, за якою остаточні формули спрощуються до алгебраїчних рівнянь використовуючи відносну температуру θМ нагрівання напівобмеженого стрижня з торця. Відомі розв'язки прямих задач теплопровідності при використанні регулярних режимів 1-го, 2-го та 3-городу, при яких остаточні формули спрощуються.
У методиці використовується максимум першої похідної від θМ та табличні значення функції помилок erf (1/(2Fox), яка є розв'язком прямої задачі теплопровідності. Вимірюється температура у конкретній точці стрижня –х1 та часі – τ1 з початку нагрівання. Для розрахунку в роботі використовується відносна надлишкова температура, яка розраховується за постійної температури на торці стрижня весь час нагрівання. Початкова температурою стрижня до процесу нагрівання та поточна температура вимірюються термопарою.
Перспективним може бути застосування розробленої методики для використання у дослідженнях матеріалів однакового складу, але різних розмірів, оскільки при використанні узагальнених змінних формули та номограми будуть однакові. Цей факт скорочує час досліджень.

ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ПАРАМЕТРІВ СИНТЕЗУ КРЕМНІЄВИХ НАНОНИТОК НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОТОЧУТЛИВИХ СЕНСОРІВ

Ярослав Ліневич — 2023-12-27

Проблематика. Фоточутливі сенсори широко застосовуються як у повсякденному житті в клімат-системах, так і в засобах зв’язку та освітленості вулиць. Для покращення робочих параметрів фоточутливих сенсорів запропоновано використовувати кремнієві нанонитки (КНН). Велику кількість досліджень присвячено впливу технологічних параметрів синтезу на розміри КНН. Однак для ефективного використання КНН у складі сенсорів бракує дослідження впливу поверхневої морфології масиву КНН на електричні та фоточутливі пара-метри сенсорів на їх основі.
Мета роботи. Метою даної роботи є синтез кремнієвих нанониток методом метало-стимульованого хімічного травлення (МАСЕ), дослідження їх поверхневої морфології та виготовлення фотодіодів на їх основі для встановлення впливу параметрів синтезу КНН на характеристики фоточутливих сенсорів з огляду на особливості їх будови.
Результати досліджень. Синтезовано та досліджено фоточутливі сенсори діодного типу на основі КНН. Показано вплив наступних технологічних параметрів синтезу КНН на їх латеральну і вертикальну морфологію та робочі характеристики діодних сенсорів на їх основі: часу першого та другого етапу МАСЕ, вмісту нітриду срібла та перекису водню в розчинах першого та другого етапу МАСЕ, а також текстурування поверхні та обробки в ізотропному та анізотропному травниках. Максимальні робочі параметри одержаних фоточутливих сенсорів на основі масиву КНН були наступними: коєфіцієнт випрямлення 1320 та коєфіцієнт фоточутливості 3,1 мА/лмВ.
Висновки. Одержані результати свідчать про те, що технологічні параметри першої та другої стадії МАСЕ та пре- і пост- хімічна обробка мають значний вплив на збільшення шорсткості поверхні, висоти і пористості КНН, що, в свою чергу, впливає на електричні та фоточутливі параметри сенсорів. Встановлено оптимальні параметри синтезу КНН для одержання максимальної фоточутливості.

ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ МОЛЬНОГО СКЛАДУ НА РУХЛИВІСТЬ ЕЛЕКТРОНІВ В АРСЕНІДІ АЛЮМІНІЮ-ГАЛІЮ

Тетяна Саурова — 2023-12-27

Вдосконалення технології вирощування багатокомпонентних напівпровідників та дослідження потенційних можливостей їх застосування сприяють розробці напівпровідникових приладів з покращеними характеристиками. Арсенід алюмінію-галію є перспективним трикомпонентним напівпровідником з точки зору відповідності кристалічних ґраток, що викликало всебічне дослідження матеріалу з метою створення на його основі
високоефективних електронних та оптоелектронних приладів. Прогнозування перспектив створення приладів на основі тих чи інших матеріалів вимагає ґрунтовного знання насамперед їх електричних властивостей.
Зазначимо, що у науково-технічній літературі недостатньо розкрито можливості моделювання рухливості електронів в арсеніді алюмінію-галію. Метою роботи є моделювання залежності рухливості електронів твердого розчину AlxGa1–xAs від мольного складу х.
Моделювання проведено методом релаксаційних рівнянь; на основі тридолинної моделі зони провідності.
Наведена методика та проведено чисельний експеримент з визначення залежності рухливості носіїв заряду від мольного складу х твердого розчину. Звертається увага на особливість моделювання процесів міждолинного нееквівалентного розсіювання, що відповідає суттєвому зближенню енергетичних долин один до одного.
Отримано модельну залежність холівської рухливості електронів в AlxGa1–xAs у повному діапазоні значень мольного складу та зіставлено її з експериментальними результатами. Наведені додаткові результати моделювання, що сприяють розумінню процесів, які призводять до появи специфічної особливості залежності рухливості електронів від мольного складу AlxGa1–xAs.
Визначено набір вихідних параметрів моделювання, який забезпечує хорошу відповідність до експериментальних результатів, розглянутих у роботі. Отримані результати чисельного моделювання відкривають можливості до додаткових досліджень властивостей арсеніду алюмінію-галію. Запропоновано методику моделювання залежності рухливості носіїв заряду від мольного складу для трикомпонентних твердих розчинів.

КАЛІБРУВАННЯ ІНЕРЦІАЛЬНО-ВИМІРЮВАЛЬНОГО МОДУЛЯ В КРИТИЧНИХ УМОВАХ

Вадим Аврутов — 2023-12-27

Калібрування інерціально-вимірювального модуля (ІВМ) є важливою самостійною задачею та є найважливішим етапом підготовки до роботи платформних і безплатформних інерціальних навігаційних систем (БІНС). Традиційне калібрування ІВМ, що містить принаймні три гіроскопи й три акселерометри, проводиться в спеціалізованих випробувальних лабораторіях, вивчено досить детально. Однак, широке використання ІВМ, що використовують МЕМС датчики, які мають характерну нестабільність параметрів, призводить до необхідності проведення докалібрування ІВМ безпосередньо перед роботою БІНС у критичних або польових умовах.

У таких умовах, по-перше, відсутнє необхідне для повноцінного проведення традиційного калібрування випробувальне обладнання, а по-друге, процес докалібрування обмежений за часом.
У статті було проведено дослідження щодо можливості використання методу послідовних поворотів для докалібрування ІВМ у польових умовах. За такого підходу на відміну від методу тестових поворотів немає необхідності здійснювати поворот ІВМ на 180 градусів, а досить повернути ІВМ на незначні кути. Отримано розрахункові співвідношення для визначення масштабних коєфіцієнтів та нульових сигналів блоку акселерометрів для двох положень ІВМ. Проведений експеримент підтвердив справедливість отриманих розрахункових співвідношень. Крім того, описаний метод докалібрування, який дозволяє оцінити, крім масштабних коєфіцієнтів і нульових сигналів, блоку акселерометрів також кути нахилу основи, на якій встановлено ІВМ. Для цього необхідно мати щонайменше п'ять різних положень ІВМ.
Крім того, розглянуто калібрування блоку гіроскопів, коли використовуються гіроскопи тактичного та навігаційного класу точності. Для гіроскопів тактичного класу точності, що виготовляються за МЕМС технологією, в польових умовах визначаються нульові сигнали, які не стабільні від пуску до пуску. Для калібрування блоку гіроскопів навігаційного класу точності отримано алгоритми визначення нульових сигналів та масштабних коєфіцієнтів, для чого використовуються ті самі два положення, в яких відбувалося калібрування блоку акселерометрів. Тобто, під час калібрування ІВМ у критичних умовах можна одночасно проводити калібрування блоку гіроскопів та блоку акселерометрів, що економить загальний час калібрування.